DE20319197U1

DE20319197U1 - Centrifugal separator for cleaning crankcase ventilation gas in internal combustion engine, has cyclone chamber whose volume adapts to volume flow of gas

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Publication number: DE20319197U1
Application number: DE20319197U
Authority: DE
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2013-12-12

Abstract

A gas or gas mixture passes through an inlet opening (5) leading to a cyclone chamber (4). An outlet opening (11) is provided for the separated components. The volume (VZ) of the cyclone chamber is variable, so that when the volume flow of the gas flowing through the cyclone increases, the volume (VZ) increases, and when the volume flow decreases, it reduces again. Preferably the height of cyclone chamber changes. An independent claim is included for an apparatus for cleaning and supplying crankcase ventilation gas into the intake air of an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zyklon zum Abscheiden von festen und/oder flüssigen Bestandteilen eines Gases oder Gasgemisches, mit einer tangential in eine Zyklonkammer eines Gehäuses mündenden Einlaßöffnung für das Gas bzw. Gasgemisch, mit einer aus der Zyklonkammer führenden Auslaßöffnung für das gereinigte Gas bzw. Gasgemisch und mit einer Ablaßöffnung für die abgeschiedenen Bestandteile. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Reinigung und zur Zuführung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases in die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine.The The invention relates to a cyclone for separating solid and / or liquid Components of a gas or gas mixture, with a tangential opening into a cyclone chamber of a housing Inlet opening for the gas or gas mixture, with a leading out of the cyclone chamber outlet opening for the purified Gas or gas mixture and with a discharge opening for the deposited components. Furthermore The invention relates to a device for cleaning and to the feeder of the crankcase ventilation gas in the intake air of an internal combustion engine.

Derartige Zyklone sind bekannt. Sie werden in vielfältigen Ausführungen zum Reinigen von verunreinigten Gasen, Gasgemischen, auch Luftmassen, und dergleichen verwendet. Solche Zyklone sind durch verschiedene typisch verlaufende Kennlinien gekennzeichnet und können z. B. als Ölabscheider für die Entlüftung des Kurbelgehäuses von Brennkraftmaschinen dienen. Zur Verbesserung Ihrer Wirkung wurde schon vorgeschlagen, die Einlaßöffnung im Querschnitt variabel durch pneumatische Mittel ( DE 44 04 709 C1 , EP 0 667 444 B1 , FR 831 357) oder durch eine druckbe aufschlagte Feder ( DE 31 28 470 C2 ) oder durch ein sonstiges mechanisches Verstellorgan (AT 1 83 207) zu steuern. Die Verstellung der Geometrie der relativ kleinen Einlaßöffnung erfolgt über sehr kleine Strecken, an welche die Verstellmittel präzise angepaßt sein müssen. Verunreinigungen verschiedenster Art, z. B. bei einer mechanisch oder pneumatisch zu betätigenden Verstellvorrichtung oder in der Einlaßöffnung, können zu Störungen oder einer weniger präzisen Steuerung führen und den Wirkungsgrad erheblich mindern.Such cyclones are known. They are used in various designs for cleaning contaminated gases, gas mixtures, even air masses, and the like. Such cyclones are characterized by different typically running characteristics and can, for. B. serve as an oil separator for the venting of the crankcase of internal combustion engines. To improve their effect has been proposed, the inlet opening in cross section variable by pneumatic means ( DE 44 04 709 C1 . EP 0 667 444 B1 , FR 831 357) or by a druckbe aufschlagte spring ( DE 31 28 470 C2 ) or by another mechanical adjustment (AT 1 83 207) to control. The adjustment of the geometry of the relatively small inlet opening via very small distances, to which the adjusting means must be precisely adapted. Impurities of various kinds, eg. B. in a mechanically or pneumatically operated adjusting device or in the inlet opening, can lead to disturbances or less precise control and reduce the efficiency considerably.

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung das Bestreben zugrunde, einen Zyklon zu schaffen, der eine genaue selbsttätige Anpassung seiner Geometrie an verschiedene Betriebszustände sicherstellt und dabei eine hohe Störsicherheit aufweist und eine optimale Abscheidungsfunktion über alle Betriebszustände aufweist.outgoing from the aforementioned prior art, the invention is the endeavor to create a cyclone with a precise self-adaptation ensures its geometry to different operating conditions and thereby one high interference immunity has and has an optimal Abscheidungsfunktion over all operating conditions.

Hierzu schlägt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Ausbildung zunächst vor, daß das Volumen der Zyklonkammer derart variabel ausgebildet ist, daß bei ansteigendem Volumenstrom des den Zyklon durchströmenden Gases oder Gasgemisches sich das Volumen vergrößert und bei sinkendem Volumenstrom wieder verkleinert.For this beats the invention in a generic training initially before, that the volume the cyclone chamber is designed to be variable so that when rising Volume flow of the cyclone flowing through the gas or gas mixture itself the volume increases and again reduced with decreasing volume flow.

Die Erfindung sieht also vor, nicht die Einlaßöffnung mit ihrem kleinen Querschnitt, sondern das relativ große Volumen der Zyklonkammer zu variieren, um den Zyklon an verschiedene Volumenströme präzise und sicher anzupassen. Hierdurch wird ein hoher Wirkungsgrad über einen großen Bereich beibehalten. Insbesondere kann dadurch auch bei relativ kleinem Volumenstrom und kleiner Zyklonkammer eine gute Abscheidewirkung erzielt werden. Bei größerem Volumenstrom vergrößert sich die Zyklonkammer, wodurch ein überhöhter Druckanstieg vermieden wird. Durch die variable Gestaltung des relativ großen Volumens ist eine. schnelle, präzise und feinfühlige Anpassung an veränderte Volumenströme möglich.The Invention thus provides, not the inlet opening with its small cross section, but the relatively big one Volume of the cyclone chamber to vary the cyclone to different Volume flows precise and sure to adapt. As a result, a high efficiency over a huge Maintain area. In particular, can thereby also at relative Small volume flow and small cyclone chamber a good separation effect be achieved. For larger volume flow increases the cyclone chamber, causing an excessive increase in pressure is avoided. Due to the variable design of the relatively large volume is a. fast, accurate and sensitive Adaptation to changed Volume flows possible.

An sich kann das Volumen in unterschiedlicher Weise verändert werden. Bei einer zumindest im wesentlichen rotationssymmetrischen Ausbildung des Zyklons wird bevorzugt das Volumen durch Veränderung der Höhe der Zyklonkammer variabel ausgebildet.At The volume can be changed in different ways. In an at least substantially rotationally symmetrical design of the Cyclones prefer the volume by changing the height of the cyclone chamber variably formed.

Dies ermöglicht z. B. eine einfache Gestaltung derart, daß die Zyklonkammer durch einen oberen zylindrischen Abschnitt des Gehäuses und durch einen unteren konischen Raum mit eigener Konuswandung, die relativ zum Gehäuse verschiebbar gelagert ist, gebildet ist. Durch Verschieben der Konuswandung verändert sich die Höhe der Zyklonkammer.This allows z. B. a simple design such that the cyclone chamber by a upper cylindrical portion of the housing and through a lower conical space with its own Konuswandung, which is displaceable relative to the housing is stored, is formed. By moving the Konuswandung changes the height the cyclone chamber.

Das Gehäuse kann rundum geschlossen sein, indem die Konuswandung innerhalb eines unteren Abschnitts des Gehäuses verschiebbar gelagert ist. Die leichte Verschiebbarkeit soll bei möglichst wenig Volumenverlust gesichert sein.The casing can be completely closed by the Konuswandung within a lower section of the housing is slidably mounted. The ease of displacement should be at preferably be assured little volume loss.

Daher ist zweckmäßig zwischen dem Gehäuse und der Konuswandung eine Passung vorgesehen.Therefore is appropriate between the housing and the Konuswandung provided a fit.

Werden zwischen dem Gehäuse und der Konuswandung zwei axial voneinander beabstandete Passungen vorgesehen, wird die Führung der im Gehäuse verschiebbaren Konuswandung deutlich verbessert.Become between the case and the Konuswandung two axially spaced fits provided, will guide in the case Sliding Konuswandung significantly improved.

Zur Vermeidung von unerwünschten Gasströmungswegen bildet die Passung jeweils einen möglichst schmalen, aber die leichte Verschiebbarkeit der Konuswandung noch sicherstellenden Spalt.to Avoidance of unwanted Gas flow paths The fit makes each as narrow as possible, but the slightest Sliding the Konuswandung still ensuring gap.

Jegliche Gasströmung durch die Passung wird in der Zyklonkammer ausgeschlossen, indem zwischen der Konuswandung und dem Gehäuse mindestens eine leicht bewegliche, vorzugsweise hochflexible Dichtung angeordnet ist.Any gas flow by the fit is excluded in the cyclone chamber by between the Konuswandung and the housing at least arranged a slightly movable, preferably highly flexible seal is.

Eine solche Dichtung kann z. B. als Rollmembrane ausgebildet sein.A Such seal can, for. B. be designed as a rolling diaphragm.

Im einfachsten Falle ist das Volumen gegen die Kraft einer Feder veränderbar. Eine solche Feder kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein.in the In the simplest case, the volume is changeable against the force of a spring. Such a spring can be designed very differently.

Zunächst bietet sich an, daß die Feder als Zug- oder Druckfeder, insbesondere als Schraubenfeder, ausgebildet ist.At first offers that the Spring as a tension or compression spring, in particular as a helical spring, is trained.

Die Feder kann sich z. B. einerseits an der Konuswandung und andererseits am Gehäuse abstützen.The Spring can z. B. on the one hand on the cone wall and on the other on the housing support.

Dabei kann die Feder konzentrisch um eine zentrisch in der Längsmittelachse am unteren Ende der Konuswandung angeordnete Durchlaßöffnung angeordnet ist.there The spring can be concentric about a centric in the longitudinal center axis arranged at the lower end of the Konuswandung passage opening is.

Hierbei kann die Durchlaßöffnung in einem Stutzen angeordnet sein, der vorzugsweise mit geringem Spiel durch eine Öffnung in der unteren Wand des unteren Abschnitts ragt.in this connection can the passage opening in be arranged a nozzle, preferably with little play through an opening protrudes in the lower wall of the lower section.

Auch kann eine Schraubendruckfeder sich an einem radialen ringförmigen Absatz an der Konuswandung abstützen.Also For example, a helical compression spring may attach to a radial annular shoulder supported on the Konuswandung.

Dieser radiale ringförmige Absatz kann sich unmitelbar unterhalb des am oder nahe dem oberen Ende der Konuswandung angeordneten Spalts erstrecken.This radial annular Paragraph may be directly below the level at or near the top the Konuswandung arranged gap extend.

Anstelle einer Feder oder auch zusätzlich zu dieser kann vorgesehen sein, daß das Volumen durch mindestens eine Verstellvorrichtung, einen Aktuator, veränderbar ist.Instead of a spring or in addition to this can be provided that the volume by at least an adjusting device, an actuator, is changeable.

Ein solcher Aktuator kann vorzugsweise auf die Außenseite der Konuswandung einwirken.One such actuator may preferably act on the outside of the cone wall.

Bevorzugt kann der Aktuator mit einer Hilfskraft mechanischer, pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Art betätigbar sein.Prefers For example, the actuator may be provided with an auxiliary mechanical, pneumatic, be actuated hydraulic or electrical type.

Die Hilfskraft kann dabei von einem Kraftspeicher geliefert werden. Eine solche Hilfskraft kann z. B. bei einem Kraftfahrzeug die Hydraulikpumpe einer Servolenkung sein. Ein Kraftspeicher kann z. B. im Kraftfahrzeug der Unterdruckspeicher eines Bremskraftverstärkers sein.The Auxiliary power can be supplied by a power storage. Such a helper can z. B. in a motor vehicle, the hydraulic pump be a power steering. An energy storage can, for. B. in the vehicle be the vacuum reservoir of a brake booster.

Der Aktuator kann z. B. in Abhängigkeit von der Größe eines Drucks oder Unterdrucks, insbesondere eines Gasdrucks oder Gasunterdrucks, betätigbar sein. Hierzu kann bei einer Brennkraftmaschine z. B. der Unterdruck der Luftmasse im Ansaugtrakt und/oder der Druck im Kurbelgehäuse dienen.Of the Actuator can z. B. in dependence the size of one Pressure or negative pressure, in particular a gas pressure or gas negative pressure, actuated be. For this purpose, in an internal combustion engine z. B. the negative pressure serve the air mass in the intake and / or the pressure in the crankcase.

Die Erfindung kann mit besonderem Vorteil bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Während des Betriebs einer Brennkraftmaschine, z. B. ein Otto-Motor, werden durch den verbleibenden Spalt zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwand Verbrennungsgase in das Kurbelgehäuse gedrückt, das als Blow-by-Gas bezeichnet werden. Das zugeführte Blow-by-Gas erhöht den Druck im Kur belgehäuse und muß daher abgeführt werden, bevor der Druck unzulässig hoch wird. In der Regel wird das Blow-by-Gas über ein sogenanntes. Unterdruckregelventil wieder dem Ansaugtrakt zugeführt, um Gasemissionen zu vermeiden. Das Unterdruckregelventil dient dazu, den Druck im Kurbelgehäuse in einem optimalen Bereich zu halten. Enthält das wieder zugeführte Blow-by-Gas Ölpartikel und/oder Wasser- und/oder Kraftstoffpartikel, so können Funktionsstörungen am Motor auftreten. Um dies zu verhindern, müssen diese Anteile vor der Rückführung entfernt werden. Hierzu werden Zyklone eingesetzt, welche die feinsten Ölpartikel, aber auch eventuelle andere Verunreinigungen wie z. B. Wasser-, Kraftstoff- oder Rußpartikel, aus dem Blow-by-Gas abscheiden.The Invention can with particular advantage in an internal combustion engine be used. While the operation of an internal combustion engine, for. As an Otto engine, be through the remaining gap between the piston rings and the Cylinder wall combustion gases pressed into the crankcase, referred to as blow-by gas become. The supplied Blow-by-gas increased the pressure in the cure belgehäuse and therefore must dissipated be before the pressure becomes inadmissible gets high. In general, the blow-by gas is a so-called. Under pressure control valve fed back to the intake tract, to avoid gas emissions. The vacuum control valve is used the pressure in the crankcase to keep in an optimal range. Contains the re-supplied blow-by-gas oil particles and / or water and / or fuel particles, so may malfunction on Motor occur. To prevent this, these shares must be before the Return be removed. For this purpose, cyclones are used, which are the finest oil particles, but also any other impurities such. B. water, Fuel or soot particles, separating from the blow-by gas.

Die Abscheideleistung wird durch den Zyklondifferenzdruck bei dem jeweils herrschenden Volumenstrom bestimmt. Mit zunehmendem Volumenstrom V steigt der Differenzdruck Dp des Zyklons und damit auch der Abscheidegrad T an. Der Differenzdruck Dp steigt über dem Volumenstrom V progressiv an. Jedoch beginnt erst bei Erreichen eines bestimmten Differenzdrucks Dp der Abscheideeffekt wirksam zu werden.The Separation efficiency is determined by the cyclone differential pressure at each prevailing flow rate determined. With increasing volume flow V increases the differential pressure Dp of the cyclone and thus the degree of separation T on. The differential pressure Dp progressively increases above the volume flow V. However, it only starts when a certain differential pressure is reached Dp the deposition effect to take effect.

Die Menge an Blow-by-Gas, also der Volumenstrom, einer Brennkraftmaschine ist über den gesamten Betriebsbereich nicht konstant. Sie können sich kurzfristig, teilweise auch stark, ändern, z. B. beim Wechsel in den Schubbetrieb. Auch bei fortgeschrittenem Verschleiß, z. B. der Kolbenringe, der Kolben oder der Zylinderwand, oder gar bei einem Defekt treten größere Mengen an Blow-by-Gas auf.The Quantity of blow-by gas, so the volume flow of an internal combustion engine is over the entire operating range is not constant. you can short term, sometimes strong, change, eg. B. when changing into the push operation. Even with advanced wear, z. B. the piston rings, the piston or the cylinder wall, or even at a defect occurs in larger quantities on blow-by gas on.

Da der Differenzdruck des Zyklons unmittelbar den Druck im Kurbelgehäuse erhöhen kann, aber positive Drücke im Kurbelgehäuse generell zu vermeiden sind, bringt die Einbeziehung von Zyklonen das Auslegungsproblem mit sich, daß selbst bei maximal möglichen Volumenstrommengen keine erhöhten Drücke im Kurbelgehäuse auftreten dürfen. Um dies zu erreichen, wird der Zyklon auf einen maximal möglichen Volumenstrom bemessen. Bei kleinen Volumenströmen wird somit nur eine geringere Abscheidewirkung erreicht.There the differential pressure of the cyclone can directly increase the pressure in the crankcase, but positive pressures in the crankcase Generally speaking, the inclusion of cyclones brings that Interpretation problem with itself that at maximum possible Volume flow rates no increased pressures in the crankcase may occur. To achieve this, the cyclone is set to a maximum possible Volume flow measured. At low flow rates is thus only a smaller Separation effect achieved.

Um die vorgenannten Schwierigkeiten zu vermeiden oder zumindest erheblich zu vermindern, schlägt die Erfindung des weiteren eine Vorrichtung zur Reinigung von ölhaltigem Kurbelgehäuseentlüftungsgas und Zuführung des gereinigten Kurbelgehäuseentlüftungsgases in die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine vor, die einen Zyklon nach der oben erläuterten Erfindung umfaßt.Around avoid the aforementioned difficulties or at least considerably to lessen, beats the invention further a device for the purification of oily Crankcase ventilation gas and feeder of the cleaned crankcase ventilation gas in the intake air of an internal combustion engine, which is a cyclone after the above explained Invention.

Eine solche Vorrichtung kann einen schon erläuterten, eine Feder aufweisenden Zyklon in selbsttätiger Weise nutzen. Hierdurch kommt es, wie schon erläutert, über dem Volumenstrom zu einem verringerten Differenzdruckanstieg.Such a device can use an already explained, a spring having cyclone in an automatic manner. This is how it comes already explained above the volume flow to a reduced differential pressure increase.

Weiterhin wird mindestens ein Aktuator vorgeschlagen, der in Abhängigkeit vom Ansaugdruck der Brennkraftmaschine präzise gesteuert wird. Hierdurch wird eine genauere Steuerung erzielt.Farther at least one actuator is proposed, depending on is controlled precisely by the intake pressure of the internal combustion engine. hereby a more accurate control is achieved.

Aus dem gleichen Grund kann vorgesehen sein, daß der Aktuator in Abhängigkeit vom Kurbelgehäusedruck der Brennkraftmaschine gesteuert wird.Out for the same reason it can be provided that the actuator in dependence from the crankcase pressure the internal combustion engine is controlled.

Weiterhin kann die Steuerung optimiert werden, indem der Aktuator über ein die Brennkraftmaschine steuerndes Steuergerät gesteuert wird.Farther The control can be optimized by turning the actuator over controlling the internal combustion engine control unit.

Schließlich kann in Weiterführung der Erfindung der Aktuator über eine Regelvorrichtung gesteuert werden, die sowohl den Ansaugdruck als auch den Kurbelgehäusedruck auswertet.Finally, can in continuation the invention of the actuator over a control device can be controlled, which controls both the suction pressure as well as the crankcase pressure evaluates.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele, nämlich des Zyklons und der Vorrichtung, dargestellt, die nun näher beschrieben werden.In of the drawing are two embodiments, namely of the cyclone and the device shown, which now described in more detail become.

1 zeigt einen im Querschnitt runden Zyklon im Längsschnitt; 1 shows a cross-sectionally round cyclone in longitudinal section;

2 zeigt einen abgewandelten, im Querschnitt ebenfalls runden Zyklon im Längsschnitt; 2 shows a modified, in cross-section also round cyclone in longitudinal section;

3 zeigt einen weiteren abgewandelten, im Querschnitt runden Zyklon im Längsschnitt; 3 shows a further modified, in cross section round cyclone in longitudinal section;

4 zeigt ein Diagramm mit der Relation Differenzdruck des Zyklons zu Volumenstrom, und zwar bei einem herkömmlichen Zyklon und bei einem Zyklon nach der Erfindung; 4 shows a diagram with the relation of differential pressure of the cyclone to volume flow, namely in a conventional cyclone and in a cyclone according to the invention;

5 zeigt ein Diagramm mit der Relation Abscheidegrad des Zyklons zu Volumenstrom, und zwar bei einem herkömmlichen Zyklon und bei einem Zyklon nach der Erfindung; 5 shows a diagram with the ratio separation efficiency of the cyclone to volume flow, namely in a conventional cyclone and in a cyclone according to the invention;

6 zeigt ein Diagramm mit der Relation Abscheidegrad des Zyklons zu Differenzdruck, und zwar bei einem herkömmlichen Zyklon und bei einem Zyklon nach der Erfindung; 6 shows a diagram with the relation separation efficiency of the cyclone to differential pressure, in a conventional cyclone and in a cyclone according to the invention;

7 zeigt eine Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei der ein Zyklon als Ölabscheider dient, in prinzipieller Darstellung. 7 shows a device for an internal combustion engine, in which a cyclone serves as an oil separator, in a schematic representation.

Gemäß 1 besteht der Zyklon 1 aus einem im Querschnitt kreiszylindrischen Gehäuse 2, z. B. aus Kunststoff. Das Gehäuse 2 umschließt in seinem oberen Abschnitt 3 eine obere Zyklonkammer 4, in die oben über einen rohrförmigen Kanal eine etwa rechteckige Einlaßöffnung 5 tangential einmündet. In der Längsachse X – X des Zyklons 1 ist in die obere Wand 6 eine zentrische Auslaßöffnung 7 eingebracht, die von einem in die Zyklonkammer 4 eintauchenden und über die Wand 6 ragenden Stutzen 8 begrenzt wird.According to 1 exists the cyclone 1 from a circular cylindrical cross section housing 2 , z. B. plastic. The housing 2 encloses in its upper section 3 an upper cyclone chamber 4 , in the above about a tubular channel an approximately rectangular inlet opening 5 opens tangentially. In the longitudinal axis X - X of the cyclone 1 is in the top wall 6 a centric outlet opening 7 introduced by one into the cyclone chamber 4 dipping and over the wall 6 protruding neck 8th is limited.

Der untere Abschnitt 9 des Gehäuses 2 schließt mit einer unteren Wand 10 ab, in die zentrisch eine stutzenförmige Ablaßöffnung 11 eingebracht ist. Außerdem ist in dem unteren Abschnitt 9, ebenfalls zentrisch, ein separater, sich nach unten trichterförmig verjüngender konischer Raum 12 untergebracht, der von einer eigenen entsprechend konischen Konuswandung 13 umgeben ist. Die Konuswandung 13 hat an ihrem oberen, größten Außendurchmesser DS eine zylindrische Mantelfläche 14, die zusammen mit der inneren zylindrischen Mantelfläche 15 des Gehäuses 2 mit dem Innendurchmesser DG eine Passung bildet. Der gebildete Spalt 16, der in 1 vergrößert dargestellt ist, ist so ausgelegt, daß eine gute Verschiebbarkeit in Richtung X – X der Konuswandung 13 innerhalb des Gehäuses 2 gesichert ist.The lower section 9 of the housing 2 closes with a bottom wall 10 from, in the centric a nozzle-shaped drain opening 11 is introduced. Also, in the lower section 9 , also centric, a separate conical space tapering downwards like a funnel 12 housed by its own conical conical wall 13 is surrounded. The cone wall 13 has at its upper, largest outer diameter DS a cylindrical outer surface 14 , which together with the inner cylindrical surface 15 of the housing 2 forms a fit with the inner diameter DG. The formed gap 16 who in 1 is shown enlarged, is designed so that a good displaceability in the direction X - X of the cone wall 13 inside the case 2 is secured.

Die Konuswandung 13 ist an ihrem oberen Außendurchmesser DS offen; es steht also der konischer Raum 12 mit der Zyklonkammer 4 in Verbindung. Die Verbindung zwischen der konischen Innenfläche 17 und der zylindrischen inneren Mantelfläche 14 ist nur von dem kleinen Spalt 16 unterbrochen. An seinem unteren Ende mit kleinem Durchmesser weist die Konuswandung 13 eine zentrische Durchlaßöffnung 18 auf, die von einem kleinen Stutzen 19 umgeben ist. Die Durchlaßöffnung 18 liegt im Abstand A somit genau oberhalb der Ablaßöffnung 11.The cone wall 13 is open at its upper outer diameter DS; it is the conical space 12 with the cyclone chamber 4 in connection. The connection between the conical inner surface 17 and the cylindrical inner circumferential surface 14 is only from the small gap 16 interrupted. At its lower end with a small diameter, the Konuswandung 13 a centric passage opening 18 on, that of a small neck 19 is surrounded. The passage opening 18 is at a distance A thus just above the drain opening 11 ,

Unterhalb der Mantelfläche 14 weist die Konuswandung 13 einen radialen ringförmigen Absatz 20 auf, der als Widerlager für das obere Ende einer zylindrischen Schraubendruckfeder 21 dient. Die Schraubendruckfeder 21 ist im unteren Abschnitt 9 des Gehäuses 2 und konzentrisch um die Konuswandung 13 mit Spiel zur Mantelfläche 15 gelagert und stützt sich mit ihrem unteren Ende auf der unteren Wand 10, konzentrisch um die Ablaßöffnung 11, ab.Below the lateral surface 14 has the cone wall 13 a radial annular shoulder 20 on, as an abutment for the upper end of a cylindrical helical compression spring 21 serves. The helical compression spring 21 is in the lower section 9 of the housing 2 and concentric around the cone wall 13 with play to the lateral surface 15 stored and supports with its lower end on the lower wall 10 , concentric around the drain hole 11 , from.

Anstelle der bloßen Dichtwirkung durch den Spalt 16 kann in diesem Bereich oder unterhalb des Bereichs eine möglichst flexible Dichtung, z. B. in Form einer ringförmigen Rollmembrane, zwischen der Mantelfläche 15 und der Konuswandung 13 angeordnet werden. Dann sind jegliche Spaltverluste ausgeschlossen.Instead of the mere sealing action through the gap 16 can in this area or below the area as flexible as possible, for. B. in the form of an annular rolling diaphragm, between the lateral surface 15 and the cone wall 13 to be ordered. Then any gap losses are excluded.

Die Wirkungsweise des Zyklons 1 ist folgendeThe mode of action of Cyclone 1 is the following

Bei ansteigendem Volumenstrom V und damit Strömungsdruck auf die Konuswandung 13 wird diese gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 21 nach unten gedrückt. Dies geht maximal so weit, bis die Schraubendruckfeder 21 ganz zusammengedrückt ist oder der Abstand A = 0 ist. Aus der Höhe H1 der Zyklonkammer 4 wird z. B. die Höhe H2; die Zyklonhöhe vergrößert sich, das Zyklonvolumen VZ nimmt zu. Das Zyklonvolumen VZ paßt sich somit selbsttätig an den jeweiligen Volumenstrom V an und der Differenzdruckanstieg des Gesamtbauteils wird über den Volumenstrom je nach Federauslegung reduziert.With increasing volume flow V and thus flow pressure on the cone wall 13 this is against the force of the helical compression spring 21 pressed down. This goes as far as possible until the helical compression spring 21 quite together is pressed or the distance A = 0. From the height H1 of the cyclone chamber 4 is z. For example, the height H2; the cyclone height increases, the cyclone volume VZ increases. The cyclone volume VZ thus adapts automatically to the respective volume flow V and the differential pressure increase of the entire component is reduced via the volume flow depending on the spring design.

In 2 ist eine Abwandlung der Ausführung nach 1 dargestellt. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Hier ragt ein Stutzen 19a durch eine zentrische Öffnung 11a in der unteren Wand 10. Dadurch ergibt sich zusätzlich zu der Passung im Spalt 16 eine zweite Passung, nämlich zwischen dem Außenumfang des Stutzens 19a und dem Innenumfang der Öffnung 11a.In 2 is a modification of the embodiment according to 1 shown. Same features are provided with the same reference numerals. Here stands a nozzle 19a through a centric opening 11a in the lower wall 10 , This results in addition to the fit in the gap 16 a second fit, namely between the outer circumference of the neck 19a and the inner circumference of the opening 11a ,

In 3 ist eine weitere Abwandlung der Ausführung nach der vorbeschriebenen 2 dargestellt. Hier sind anstatt einer Feder ein oder mehrere Aktuatoren 47 angeordnet. Die Aktuatoren 47 sind an der unteren Wand 10 des Gehäuses 2 gelagert und wirken auf die Außenseite 20a der Konuswandung 13 axial, in Richtung X – X, ein. Durch die Aktuatoren 47 kann somit die Höhe H1 und damit das Zyklonvolumen ZV in Abhängigkeit von bestimmten Größen verändert werden. Die Wirkungsweise der Aktuatoren 47 wird weiter unten anhand von 7 noch näher beschrieben werden.In 3 is a further modification of the embodiment according to the above 2 shown. Here are one or more actuators instead of a spring 47 arranged. The actuators 47 are on the bottom wall 10 of the housing 2 stored and act on the outside 20a the cone wall 13 axially, in the direction X - X, a. Through the actuators 47 Thus, the height H1 and thus the cyclone volume ZV can be changed depending on certain sizes. The mode of action of the actuators 47 will be explained below by means of 7 to be described in more detail.

In 4 ist das Differenzdruckverhalten Dp eines Zyklons, der nach der Erfindung mit einer Feder versehen ist (mit DpE bezeichnet), dem Differenzdruckverhalten eines herkömmlichen Zyklons (mit DpA bezeichnet) über dem Volumenstrom V gegenübergestellt. Die progressive Kurve DpE des Zyklons nach der Erfindung ist viel flacher und zeigt im unteren Bereich Bu des Volumenstroms eine Erhöhung und im oberen Bereich Bo eine Reduzierung des Differenzdrucks. Es kommt also generell zu einem verringerten Anstieg des Differenzdrucks. Damit wird insbesondere vermieden, daß bei der Verwendung des Zyklons an einer Brennkraftmaschine (7) selbst bei größeren Mengen an Blow-by-Gas, wie z. B. nach großem Motorverschleiß mit verringerter Wirkung der Kolbenringdichtung, es aufgrund zu hoher Zyklon-Differenzdruckwerte zu einem unerlaubt hohen Druck im Kurbelgehäuse kommt. Die Federcharakteristik der genannten Feder kann so ausgelegt werden, daß diese selbsttätige positive Anpassung weitgehend nach vorgegebenen Werten vorgenommen wird.In 4 is the differential pressure behavior Dp of a cyclone, which is provided according to the invention with a spring (denoted by DpE), the differential pressure behavior of a conventional cyclone (denoted by DpA) over the flow V contrasted. The progressive curve DpE of the cyclone according to the invention is much flatter and shows an increase in the lower region Bu of the volume flow and a reduction of the differential pressure in the upper region Bo. Thus, there is generally a reduced increase in the differential pressure. This is particularly avoided that when using the cyclone to an internal combustion engine ( 7 ) even with larger amounts of blow-by gas, such. B. after a large engine wear with reduced effect of the piston ring seal, it comes due to high cyclone differential pressure values at an unacceptably high pressure in the crankcase. The spring characteristic of said spring can be designed so that this automatic positive adjustment is made largely according to predetermined values.

In 5 ist der Abscheidegrad T eines Zyklons, der nach der Erfindung mit einer Feder versehen ist (mit T E bezeichnet), dem Abscheidegrad eines herkömmlichen Zyklons (mit T A bezeichnet) über dem Volumenstrom V gegenübergestellt. Die degressive Kurve ist hier bei dem erfindungsgemäßen Zyklon, T E, viel flacher und zeigt im unteren Bereich Bu des Volumenstroms V eine signifikante Erhöhung des Abscheidegrades und im oberen Bereich Bo eine nur geringfügige, tolerierbare Reduzierung des Abscheidegrades. Bei entsprechender Auslegung der Federcharakteristik nimmt also der Abscheidegrad mit abnehmendem Volumenstrom über einen weiten Bereich weniger stark ab.In 5 is the degree of separation T of a cyclone, which is provided according to the invention with a spring (denoted by TE), the Abscheidegrad a conventional cyclone (denoted by TA) over the flow V contrasted. The degressive curve is much flatter here in the cyclone TE according to the invention, and shows in the lower region Bu of the volume flow V a significant increase in the separation efficiency and in the upper region Bo only a small, tolerable reduction of the separation efficiency. With appropriate design of the spring characteristic so the degree of separation decreases less with decreasing flow over a wide range.

In 6 ist der Abscheidegrad T E eines erfindungsgemäßen Zyklons dem Abscheidegrad T A eines herkömmlichen Zyklons über dem Differenzdruck Dp gegenübergestellt. Beide Kurven sind praktisch identisch. Daraus wird deutlich, daß das Abscheideverhalten über dem Differenzdruck praktisch gleich bleibt. Dadurch erzielt der erfindungsgemäße Zyklon im Mittel über alle Betriebsbereiche, z. B. einer Brennkraftmaschine, ein verbessertes Abscheideverhalten.In 6 the separation efficiency TE of a cyclone according to the invention is compared with the separation efficiency TA of a conventional cyclone above the differential pressure Dp. Both curves are virtually identical. It is clear that the separation behavior remains practically the same over the differential pressure. As a result, the cyclone invention achieved on average over all operating ranges, eg. As an internal combustion engine, an improved separation behavior.

In 7 ist eine Vorrichtung 30 in schematischer Darstellung gezeigt, bei der ein erfindungsgemäßer Zyklon 31 als Ölabscheider für eine Brennkraftmaschine 33 verwendet ist. Der Zyklon 31 dient hier zur Reinigung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases und zur Zuführung des gereinigten Gases in die Ansaugluft. Hierzu umfaßt die Vorrichtung 30 zunächst einen Ansaugtrakt 32, der zur Zuführung von Verbrennungsluft zur Brennkraftmaschine 33 dient. Die Brennkraftmaschine 33 umfaßt Einlaßventile 34, einen Zylinder 35, einen darin angeordneten Kolben 36, ein Pleuel 37, eine Kurbelwelle 38, ein Kurbelgehäuse 39 und eine Ölwanne 40 mit einem Ölsumpf 41. Das Kurbelgehäuse 39 ist im oberen Bereich mit einer Entlüftungsleitung 42 verbunden, die das Kurbelgehäuseentlüftungsgas zum Zyklon 31 führt.In 7 is a device 30 shown in schematic representation, in which a cyclone according to the invention 31 as an oil separator for an internal combustion engine 33 is used. The cyclone 31 serves here for cleaning the crankcase ventilation gas and for supplying the purified gas into the intake air. For this purpose, the device includes 30 first an intake tract 32 , which is for supplying combustion air to the internal combustion engine 33 serves. The internal combustion engine 33 includes inlet valves 34 , a cylinder 35 , a piston arranged therein 36 , a connecting rod 37 , a crankshaft 38 , a crankcase 39 and an oil pan 40 with an oil sump 41 , The crankcase 39 is in the upper area with a vent line 42 connected the crankcase ventilation gas to the cyclone 31 leads.

Die Leitung 42 entspricht der Leitung, die bei dem Zyklon 1 in 1 über die Einlaßöffnung 5 mit der Zyklonkammer 4 in Verbindung steht. Hier in 7 ist die Zyklonkammer mit 43 bezeichnet. Von der Zyklonkammer 43 führt eine Rohrleitung 44 für das gereinigte Kurbelgehäuseentlüftungsgas in den Ansaugtrakt 32. Vom unteren Ende des Zyklons führt eine Rohrleitung 46 für das abgeschiedene Öl in die Ölwanne 40.The administration 42 corresponds to the pipe at the cyclone 1 in 1 over the inlet opening 5 with the cyclone chamber 4 communicates. Here in 7 is the cyclone chamber with 43 designated. From the cyclone chamber 43 leads a pipeline 44 for the cleaned crankcase ventilation gas into the intake tract 32 , From the bottom of the cyclone leads a pipeline 46 for the separated oil in the oil sump 40 ,

In dem in 7 dargestellten Beispiel ist eine gesteuerte Verstellvorrichtung in Form mindestens eines anhand von 3 schon kurz beschriebenen Aktuators 47 vorgesehen, der hier elektrisch betätigt wird. Der Aktuator 47 wirkt auf die hier mit der Bezugsziffer 47 versehene Konuswandung im Zyklon 31 und verändert das Volumen der Zyklonkammer 43 durch Veränderung der Kammerhöhe H entsprechend dem Doppelpfeil. Damit werden die oben schon geschilderten Vorteile erzielt.In the in 7 example shown is a controlled adjustment in the form of at least one of 3 already briefly described actuator 47 provided, which is electrically operated here. The actuator 47 acts on the here with the reference number 47 provided Konuswandung in the cyclone 31 and changes the volume of the cyclone chamber 43 by changing the chamber height H according to the double arrow. Thus, the above-mentioned advantages are achieved.

Die Steuerung des elektrischen Aktuators 47 erfolgt über eine Regelvorrichtung 48. Die Regelvorrichtung 48 berücksichtigt den Kurbelgehäusedruck DK und andere, von einem Motorsteuergerät 49 gelieferte Parameter, insbesondere hier den Druck DA im Ansaugtrakt 32. Die Nutzung des Mo torsteuergeräts 49 ermöglicht zusätzlich die Berucksichtigung weiterer Parametern zur Steuerung des Aktuators 47 und die Darstellung von Sonderfunktionen für bestimmte Motorbetriebszustände, die z. B. von der Regelkennlinie eines sonst üblicherweise verwendeten Druckregelventils abweichen können.The control of the electric actuator 47 via a control device 48 , The rule direction 48 takes into account the crankcase pressure DK and others, from an engine control unit 49 supplied parameters, in particular here the pressure DA in the intake tract 32 , The use of the Mo torsteuergeräts 49 allows additional consideration of other parameters for controlling the actuator 47 and the representation of special functions for certain engine operating conditions, the z. B. may deviate from the control characteristic of an otherwise commonly used pressure control valve.

Claims

Cyclone ( 1 ) for separating solid and / or liquid constituents of a gas or gas mixture, with a tangential into a cyclone chamber ( 4 ) of a housing ( 2 ) opening inlet ( 5 ) for the gas or gas mixture, with one from the cyclone chamber ( 4 ) leading outlet ( 7 ) for the purified gas or gas mixture and with a discharge opening ( 11 ) for the separated constituents, characterized in that the volume (VZ) of the cyclone chamber (VZ) 4 ) is formed so variable that with increasing volume flow (V) of the gas flowing through the cyclone or gas mixture, the volume (VZ) increases and decreases with decreasing volume flow (V) again.

Cyclone according to claim 1, characterized in that the volume (VZ) by changing the height (H, H1, H2) of the cyclone chamber ( 4 ) is variably formed.

Cyclone according to claim 2, characterized in that the cyclone chamber ( 4 ) by an upper cylindrical portion ( 3 ) of the housing ( 2 ) and through a lower conical space ( 12 ) with its own cone wall ( 13 ), which are relative to the housing ( 2 ) is displaceably mounted, is formed.

Cyclone according to claim 3, characterized in that the cone wall ( 13 ) within a lower section ( 9 ) of the housing ( 2 ) is slidably mounted.

Cyclone according to claim 4, characterized in that between the housing ( 2 ) and the cone wall ( 13 ) a fit (DS, DG) is provided.

Cyclone according to claim 5, characterized in that two axially spaced fits (DS, DG; 11a, 19a) are provided are.

Cyclone according to claim 5 or 6, characterized in that the fit (DS, DG; 11a . 19a ) a narrow as possible, but the easy displacement still ensuring gap ( 16 ).

Cyclone according to one of claims 3 to 7, characterized in that between the Konuswandung ( 13 ) and the housing ( 2 ) at least one easily movable seal is arranged.

Cyclone according to claim 8, characterized in that the seal is designed as a rolling diaphragm.

Cyclone according to one of claims 1 to 9, characterized in that the volume (VZ) against the force of a spring ( 21 ) is changeable.

Cyclone according to claim 10, characterized in that the spring as a tension or compression spring ( 21 ) is trained.

Cyclone according to claim 10 or 11 in conjunction with claim 3, characterized in that the spring ( 21 ) on the one hand on the Konuswandung ( 13 ) and on the other hand on the housing ( 2 ) is supported.

Cyclone according to claim 12, characterized in that the spring ( 21 ) concentric about a centric in the longitudinal central axis (X - X) at the lower end of the cone wall ( 13 ) arranged passage opening ( 18 ) is arranged.

Cyclone according to claim 13, characterized in that the passage opening ( 18a ) in a socket ( 19a ) arranged through an opening ( 11a ) in the lower wall ( 10 ) of the lower section ( 9 protrudes.

Cyclone according to one of claims 12 to 14, characterized in that a helical compression spring ( 21 ) on a radial annular shoulder ( 20 ) on the cone wall ( 13 ) is supported.

Cyclone according to claim 15 in conjunction with claim 7, characterized in that the radial annular shoulder ( 20 ) immediately below the at or near the top of the cone wall ( 13 ) arranged gaps ( 16 ).

Cyclone according to one of claims 1 to 16, characterized in that the volume (VZ) of the cyclone chamber (VZ) 4 ) by at least one actuator ( 47 ) is changeable.

Cyclone according to claim 17, characterized in that the actuator ( 47 ) on the outside ( 20a ) of the cone wall ( 13 ) acts.

Cyclone according to claim 17 or 18, characterized that the Actuator with an auxiliary mechanical, pneumatic, hydraulic or electrical type is.

Cyclone according to claim 19, characterized in that the auxiliary power from an energy storage is delivered.

Cyclone according to one of Claims 17 to 20, characterized that the Actuator in dependence the size of one Pressure or negative pressure actuated is.

Cyclone according to Claim 21, characterized that the Pressure or negative pressure is a gas pressure or gas vacuum.

Contraption ( 30 ) for cleaning and supplying the crankcase ventilation gas in the intake air of an internal combustion engine ( 33 ), characterized in that the device ( 30 ) a cyclone ( 31 ) according to any one of claims 1 to 22.

Apparatus according to claim 23 with a cyclone ( 31 ) according to one of claims 17 to 22, characterized in that the actuator ( 47 ) as a function of the intake pressure (DA) of the internal combustion engine ( 33 ) is controlled.

Device according to claim 23 or 24, characterized in that the actuator ( 47 ) in dependence on the crankcase pressure (DK) of the internal combustion engine ( 33 ) is controlled.

Device according to one of claims 23 to 25, characterized in that the actuator ( 47 ) via an internal combustion engine ( 33 ) controlling control device ( 49 ) is controlled.

Device according to claims 24 and 25 or according to claims 24 to 26, characterized in that the actuator ( 47 ) via a regulating device ( 48 ), which evaluates both the intake pressure (DA) and the crankcase pressure (DK).