DE202016104756U1 - Separator, venting system for a crankcase and internal combustion engine with such a separator - Google Patents
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Abstract
Abscheidevorrichtung zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus zu reinigenden Gasen, mit einem Lüftungssystem (4, 5) zum Führen von Gasen, einem ersten Abscheideelement (21) zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus in dem Lüftungssystem (4, 5) geführten Gasen, das in einem ersten Abschnitt (5b–5c) des Lüftungssystems (4, 5) angeordnet ist, einem zweiten Abscheideelement (22) zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus in dem Lüftungssystem (4, 5) geführten Gasen, das in einem zweiten Abschnitt (5d–5e) des Lüftungssystems (4, 5) angeordnet ist, und einer Venturidüse oder Saugstrahlpumpe (30) zur Beschleunigung von in dem Lüftungssystem (4, 5) geführten Gasen, die in dem Lüftungssystem (4, 5) zwischen dem ersten Abscheideelement (21) und dem zweiten Abscheideelement (22) angeordnet ist, wobei sie mit ihrem Vakuumanschluß (31) mit dem Auslaß des ersten Abscheideelements (21) verbunden ist.Separating device for separating oil mist and / or oil droplets from gases to be cleaned, comprising a ventilation system (4, 5) for guiding gases, a first separating element (21) for separating oil mist and / or oil droplets in the ventilation system (4, 5) guided gases, which is arranged in a first portion (5b-5c) of the ventilation system (4, 5), a second separation element (22) for separating oil mist and / or oil droplets in the ventilation system (4, 5) guided gases, the in a second section (5d-5e) of the ventilation system (4, 5), and a venturi or suction jet pump (30) for accelerating gases carried in the ventilation system (4, 5) in the ventilation system (4, 5) is arranged between the first separation element (21) and the second separation element (22), being connected with its vacuum connection (31) to the outlet of the first separation element (21).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus zu reinigenden Gasen. Sie betrifft weiterhin ein Entlüftungssystem mit einer derartigen Abscheidevorrichtung sowie einen Verbrennungsmotor mit einer derartigen Ölabscheidevorrichtung und/oder einem derartigen Entlüftungssystem. The present invention relates to a separation device for the separation of oil mist and / or oil droplets from gases to be cleaned. It further relates to a ventilation system with such a separation device and an internal combustion engine with such an oil separation device and / or such a ventilation system.
Abscheidevorrichtungen, z.B. Ölabscheider, werden in vielen Bereichen zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus Gasen eingesetzt. Insbesondere werden sie verwendet, um aus Blow-By-Gasen eines Verbrennungsmotors darin in Form von Ölnebel und/oder Öltröpfchen enthaltenes Motoröl soweit wie möglich zu entfernen. Die von Ölnebel und/oder Öltröpfchen weitestgehend gereinigten Blow-By-Gase werden dann üblicherweise in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zurückgeführt. Separators, e.g. Oil separators are used in many areas for the separation of oil mist and / or oil droplets from gases. In particular, they are used as much as possible to remove engine oil contained in blow-by gases of an internal combustion engine therein in the form of oil mist and / or oil droplets. The largely cleaned of oil mist and / or oil droplets blow-by gases are then usually returned to the intake of the engine.
Soweit im Folgenden von gereinigten Gasen gesprochen wird, meint dies Gase, die von wesentlichen Anteilen der Verunreinigungen, beispielsweise von wesentlichen Anteilen des Ölnebels und der Öltröpfchen gereinigt sind. Eine Verbesserung der Reinigungswirkung wird beispielsweise durch die vorliegende Erfindung erzielt. As far as hereinafter referred to purified gases, this means gases that are purified from significant amounts of impurities, for example, of significant proportions of the oil mist and the oil droplets. An improvement of the cleaning effect is achieved for example by the present invention.
Insbesondere zur Reinigung von Blow-By-Gasen wird zwischen dem Kurbelgehäuse bzw. dessen Ölwanne und dem Ansaugtrakt eine Entlüftungsleitung vorgesehen, in der eine Abscheidevorrichtung zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus den zu reinigenden Blow-By-Gasen, also ein Ölabscheider, vorgesehen ist. In den meisten Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors herrscht dabei im Ansaugtrakt vor der Drosselklappe ein Unterdruck gegenüber dem Druck in dem Kurbelgehäuse. Dies ist insbesondere bei geöffneter Drosselklappe und laufendem Motor, also insbesondere im Volllastbetrieb, der Fall. Die Blow-By-Gase werden dann aus dem Kurbelgehäuse nacheinander durch die Entlüftungsleitung, durch den Ölabscheider und weiter durch die Entlüftungsleitung in den Ansaugtrakt gesaugt. Im Volllastbetrieb erfolgt der Eintritt der Blow-By-Gase dabei in Strömungsrichtung der Frischluft vor der Drosselklappe, insbesondere zwischen Luftfilter und Drosselklappe. Die von Ölnebel und Öltröpfchen gereinigten Blow-By-Gase werden der Frischluft zugemischt und wiederum der Verbrennung im Verbrennungsmotor zugeführt. In particular for the purification of blow-by gases, a vent line is provided between the crankcase or its oil pan and the intake tract, in which a separation device for separating oil mist and / or oil droplets from the blow-by gases to be cleaned, ie an oil separator, is provided. In most operating states of an internal combustion engine, there is a negative pressure relative to the pressure in the crankcase in the intake tract upstream of the throttle valve. This is the case in particular when the throttle valve is open and the engine is running, that is to say in full-load operation in particular. The blow-by gases are then sucked out of the crankcase sequentially through the vent line, through the oil separator and further through the vent line into the intake tract. In full load operation, the entry of the blow-by gases takes place in the flow direction of the fresh air in front of the throttle valve, in particular between the air filter and the throttle valve. The blow-by gases purified by oil mist and oil droplets are added to the fresh air and in turn fed to combustion in the internal combustion engine.
Problematisch hierbei ist, dass bei der Auslegung moderner Motoren der Ansaugunterdruck im Ansaugtrakt immer weiter reduziert wird, so dass der Ansaugunterdruck nicht mehr in allen Situationen des Betriebs des Verbrennungsmotors ausreicht, um das Kurbelgehäuse hinreichend von den Blow-By-Gasen zu entlüften. The problem here is that in the design of modern engines, the intake vacuum in the intake system is always further reduced, so that the intake vacuum is no longer sufficient in all situations of operation of the engine to vent the crankcase sufficiently from the blow-by gases.
Zum Einsatz kommen daher Venturi-Düsen (auch Saugstrahlpumpen genannt), die beispielsweise mit dem Druck eines Verdichters, beispielsweise eines Kompressors oder eines Turboladers, betrieben werden. In der Entlüftungsleitung wird daher eine Venturi-Düse angeordnet, die mit ihrem Vakuumanschluss mit dem Ausgang des Ölabscheiders verbunden und mit ihrem Gasauslass mit dem Ansaugtrakt verbunden ist. Die von dem Verdichter durch die Venturi-Düse strömenden Gase werden in der Venturi-Düse durch eine Engstelle (Düse) geführt, dabei beschleunigt und erzeugen am Vakuumanschluss (Abnahmerohr) einen zusätzlichen Unterdruck, mit dem das Kurbelgehäuse über den Ölabscheider hinweg hinreichend entlüftet werden kann. Bei offenen Venturidüsen mündet die Düse in den Bereich des Anschlusses des Vakuumanschlusses. Bei geschlossenen Düsen ragt die Düse in den Bereich des Vakuumanschlusses. Venturi nozzles (also called suction jet pumps), which are operated, for example, with the pressure of a compressor, for example a compressor or a turbocharger, are therefore used. In the vent line therefore a Venturi nozzle is arranged, which is connected with its vacuum connection to the outlet of the oil separator and connected with its gas outlet to the intake. The gases flowing from the compressor through the Venturi nozzle are passed through a constriction (nozzle) in the Venturi nozzle, thereby accelerating and creating an additional negative pressure at the vacuum connection (exhaust pipe) with which the crankcase can be adequately vented via the oil separator , With open Venturi nozzles, the nozzle opens into the area of the connection of the vacuum connection. When the nozzles are closed, the nozzle protrudes into the area of the vacuum connection.
Derartige Lösungen nützen dabei den Unterdruck am Abnahmerohr der Venturi-Düse zur verbesserten Entlüftung des Kurbelgehäuses. Such solutions use the negative pressure at the take-off tube of the Venturi nozzle for improved ventilation of the crankcase.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abscheidevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Effizienz der Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen weiter verbessert. Die derartige erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung soll skalierbar und adaptierbar sein, so dass sie an unterschiedlichen Motortypen leicht anpassbar ist. The object of the present invention is to provide a separation device which further improves the efficiency of the separation of oil mist and / or oil droplets. The inventive deposition device should be scalable and adaptable, so that it is easily adaptable to different types of engines.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Entlüftungssystem mit einer derartigen Abscheidevorrichtung sowie einen Verbrennungsmotor mit einem derartigen Entlüftungssystem und/oder einer derartigen Abscheidevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Nachteile vermeiden und die oben genannten Vorteile realisieren. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a ventilation system with such a separation device and an internal combustion engine with such a ventilation system and / or such a separation device available, which avoid the disadvantages mentioned above and realize the above-mentioned advantages.
Diese Aufgabe wird durch die Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, das Entlüftungssystem nach Anspruch 3 sowie den Verbrennungsmotor nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung und des erfindungsgemäßen Entlüftungssystems werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben. This object is achieved by the separation device according to
Das erfindungsgemäße Entlüftungssystem geht von einem Stand der Technik aus, bei dem in einer Entlüftungsleitung ein erstes Abscheideelement zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen (Ölabscheider) angeordnet ist. In der Entlüftungsleitung hinter dem ersten Abscheideelement ist eine Venturi-Düse oder Saugstrahlpumpe vorgesehen, die in dem Lüftungssystem bzw. der Entlüftungsleitung geführten Gase beschleunigt. Hierzu ist der Ausgang des ersten Abscheideelementes mit dem Vakuumanschluss der Venturi-Düse bzw. der Saugstrahlpumpe verbunden. Eine derartige Abscheidevorrichtung nutzt den in der Venturi-Düse erzeugten Unterdruck, um auch bei geringem Unterdruck in der Frischluftleitung vor der Drosselklappe am Ausgang eines Ölabscheiders in der Entlüftungsleitung einen hinreichenden Unterdruck zur Verfügung zu stellen, der für eine effiziente Entlüftung des Kurbelgehäuses und eine effiziente Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen in dem Ölabscheider sorgt. The ventilation system according to the invention is based on a prior art, in which a first separation element for separating oil mist and / or oil droplets (oil separator) is arranged in a vent line. In the vent line behind the first separation element, a Venturi nozzle or suction jet pump is provided which accelerates gases conducted in the ventilation system or the vent line. For this purpose, the output of the first separation element with the vacuum connection of the Venturi nozzle or the Suction jet pump connected. Such a separator uses the negative pressure generated in the Venturi nozzle to provide a sufficient negative pressure even at low negative pressure in the fresh air line before the throttle valve at the outlet of an oil separator in the vent line, for efficient venting of the crankcase and efficient separation of oil mist and / or oil droplets in the oil separator provides.
Bei der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung ist nun ein zweites Abscheideelement vorgesehen, dessen Einlass mit dem Gasauslass der Venturi-Düse oder der Saugstrahlpumpe verbunden ist. Die so veränderte Abscheidevorrichtung nutzt nunmehr nicht nur den von der Venturi-Düse an ihrem Vakuumanschluss erzeugten Unterdruck, sondern verwendet in effizienter Weise auch den am Ausgang der Venturi-Düse erzeugten Überdruck der von der Venturi-Düse abgegebenen beschleunigten zu reinigenden bzw. bereits teilgereinigten Gase und der durch die Venturi-Düse geführten beschleunigten Gase. In the separation device according to the invention, a second separation element is now provided, the inlet of which is connected to the gas outlet of the Venturi nozzle or of the suction jet pump. The thus modified separating device now not only uses the negative pressure generated by the Venturi nozzle at its vacuum connection, but also efficiently uses the overpressure generated at the outlet of the Venturi nozzle of the accelerated gases to be cleaned or already partially purified by the Venturi nozzle and the accelerated gases passing through the venturi.
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn als die Venturi-Düse antreibende Gase Gase aus dem Ansaugtrakt verwendet werden, die beispielsweise durch einen Verdichter, z.B. einen Kompressor oder einen Turbolader, verdichtet und daher mit hohem Druck in die Venturi-Düse einströmen. It is advantageous in this case if, as the venturi-driving gases, gases are used from the intake tract, which are for example fed by a compressor, e.g. a compressor or a turbocharger, compressed and therefore flow at high pressure into the Venturi nozzle.
Mit dem Überdruck, der damit am Einlass des zweiten Ölabscheideelementes gegenüber dem Ansaugtrakt an der Anschlussstelle zwischen Entlüftungsleitung und Ansaugtrakt, d.h. am Auslass des zweiten Ölabscheideelementes, durch die Venturi-Düse erzeugt wird, kann der zweite Ölabscheider die zu reinigenden Gase effizient zusätzlich und damit verbessert reinigen. With the overpressure, thus at the inlet of the second oil separation element with respect to the intake at the junction between the vent line and the intake tract, i. At the outlet of the second oil separation element, is generated by the Venturi nozzle, the second oil separator can clean the gases to be cleaned efficiently and thus improved.
Vorteilhaft an der vorliegenden Erfindung ist, dass beide Ölabscheideelemente ebenso wie die Venturi-Düse problemlos skalierbar sind und so ohne Weiteres die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung an unterschiedliche Motoren adaptierbar ist. Weiterhin können offene oder geschlossene Venturi-Düsen verwendet werden. Bei geöffneten System ragt eine Düse über den Vakuumkanal in Richtung des Ausgangs der Venturidüse. Sie kann dabei so gestaltet werden, dass die Düse entnehmbar ist. Bei einem geschlossenen System endet die Düse kurz vor der Mündung des Vakuumkanals. An advantage of the present invention is that both Ölabscheideelemente are easily scalable as well as the Venturi nozzle and so readily the inventive deposition device can be adapted to different engines. Furthermore, open or closed Venturi nozzles can be used. When the system is open, a nozzle protrudes through the vacuum channel in the direction of the exit of the Venturi nozzle. It can be designed so that the nozzle is removable. In a closed system, the nozzle ends just before the mouth of the vacuum channel.
Für die eingesetzten Ölabscheideelemente können jegliche im Stand der Technik bekannten passiven oder aktiven Ölabscheideelemente verwendet werden, beispielsweise verschiedene Zyklone/Zentrifugalabscheider, Impaktoren/Prallabscheider, Vliesabscheider oder ein membrangestützter Abscheider, wie er etwa in der
Erfindungsgemäß kann das zweite Abscheideelement auch als Rückschlagventil ausgebildet sein oder ein solches enthalten. In diesem Falle werden beispielsweise bei zumindest teilweise oder auch vollständig geöffneter Drosselklappe, bei der vor der Drosselklappe, also zwischen Luftfilter und Drosselklappe ein hoher Unterdruck anliegt, das erste Abscheideelement und das zweite Abscheideelement von den zu reinigenden Gasen durchströmt, so dass die gereinigten Gase in den Ansaugtrakt vor der Drosselklappe geführt werden. According to the invention, the second separation element may also be designed as a check valve or contain such. In this case, for example, at least partially or fully open throttle valve, in which a high negative pressure is present between the air filter and throttle, the first separation element and the second separation element flows through the gases to be cleaned, so that the purified gases in the intake tract are guided in front of the throttle valve.
Bei vollständig geschlossener oder weitestgehend geschlossener Drosselklappe liegt in dem Abschnitt des Ansaugtrakts unmittelbar vor dem Lufteinlassventil des Verbrennungsmotors und damit auch zwischen der Venturi-Düse und dem Zylinderkopf ein sehr starker Unterdruck an, so dass das zweite Abscheideelement als Rückschlagventil wirkt und sich die Hauptströmungsrichtung in der Venturi-Düse umkehrt. In diesem Falle werden die zu reinigenden Gase durch das erste Abscheideelement und durch die Venturi-Düse in den Ansaugtrakt hinter dem Verdichter bzw. Ladeluftkühler gesaugt. Sowohl die von der Venturi-Düse über das zweite Ölabscheideelement zum Ansaugtrakt führende Leitung als auch der Ansaugtrakt von der Drosselklappe bis hinter dem Ladeluftkühler werden dabei nicht oder nur marginal durchströmt. When fully closed or largely closed throttle is in the section of the intake immediately before the air inlet valve of the engine and thus between the Venturi nozzle and the cylinder head to a very strong negative pressure, so that the second separation element acts as a check valve and the main flow direction in the Venturi nozzle reverses. In this case, the gases to be cleaned are sucked through the first separation element and through the Venturi nozzle into the intake tract behind the compressor or intercooler. Both the line leading from the Venturi nozzle via the second oil separator to the intake tract and the intake tract from the throttle flap to behind the charge air cooler are not or only marginally flowed through.
Der Vollastbetrieb ist im Kontext der Erfindung so definiert, dass zwischen dem Verdichter und dem Kurbelgehäuse im Ansaugtrakt ein gegenüber dem atmosphärischen Druck höherer Druck herrscht. Dies geht meist einher mit einer weitgehend oder vollständig geöffneter Drosselklappe. Besonders vorteilhaft ist es, wenn hierbei die Drosselklappe zu ≥ 30°, vorteilhafterweise ≥ 45°, vorteilhafterweise ≥ 80° geöffnet ist. The full load operation is defined in the context of the invention so that between the compressor and the crankcase in the intake prevails a relation to the atmospheric pressure higher pressure. This is usually accompanied by a largely or fully opened throttle. It is particularly advantageous if the throttle valve is opened at ≥ 30 °, advantageously ≥ 45 °, advantageously ≥ 80 °.
Im Teillastbetrieb herrscht hingegen in dem Abschnitt des Ansaugtrakts zwischen dem Verdichter und dem Kurbelgehäuse ein gegenüber dem atmosphärischen Druck niedrigerer Druck. Hierbei ist üblicherweise die Drosselklappe weitgehend geschlossen. In partial load operation, on the other hand, in the portion of the intake tract between the compressor and the crankcase, there is a lower pressure than the atmospheric pressure. In this case, usually the throttle valve is largely closed.
Sowohl das erste als auch das zweite Ölabscheideelement sind vorteilhafterweise mit einem eigenen Ölsammelbereich sowie einem zugehörigen Ölrückführventil versehen. Die Ölrückführventile sind mit dem Gewicht des darüber angesammelten Öls belastet. Sie können einerseits im Motorbetrieb öffnen, wenn sich eine große Menge an Öl angesammelt hat oder beim Stillstand des Motors. Bei geöffneten Ölrückführventilen wird das abgeschiedene Öl in die Ölwanne zurückgeführt. Both the first and second Ölabscheideelement are advantageously provided with its own oil collection area and an associated oil return valve. The oil return valves are loaded with the weight of the accumulated oil. On the one hand, they can open during engine operation when a large amount of oil has accumulated or when the engine is at a standstill. With the oil return valves open, the separated oil is returned to the oil sump.
Im Folgenden wird ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung, eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems und eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors gegeben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass die Beschreibung der Bezugszeichen teilweise nicht wiederholt wird. In dem nachfolgenden Beispiel sind neben den gemäß Anspruch 1 wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von optionalen Weiterbildungen in Kombination miteinander dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, die vorliegende Erfindung durch lediglich jeweils eines der optionalen Merkmale weiterzubilden, oder durch eine Kombination der dargestellten optionalen Merkmale innerhalb des Beispiels weiterzubilden. In the following, an example of a separation device according to the invention, a venting system according to the invention and an internal combustion engine according to the invention is given. Here, the same or similar reference numerals are used for the same or similar elements, so that the description of the reference numerals will not be repeated partially. In the following example, in addition to the essential features of the present invention according to
Es zeigen Show it
Weiterhin führt eine Entlüftungsleitung
Die Ölabscheider
In
In
Bei dem vorliegenden Beispiel ist dem zweiten Ölabscheider
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