DE20319504U1

DE20319504U1 - Spülventil für Elektroabscheider

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Publication number: DE20319504U1
Application number: DE20319504U
Authority: DE
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2013-12-16

Abstract

Elektroabscheider zum Abscheiden von ölhaltigen Partikeln
aus dem Gasstrom einer Brennkraftmaschine,
mit einer Sprühelektrode,
und einer Niederschlagselektrode,
gekennzeichnet durch
eine auf wenigstens eine der Elektroden gerichtete Sprühdüse zum Versprühen von Öl,
wobei der Sprühdüse ein Ventil (1) vorgeschaltet ist, welches unter vorgegebenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine öffnet.

Description

Elektroabscheider sind aus der Praxis bekannt, zum Beispiel im Bereich des Automobilbaus, wo sie zum Abscheiden ölhaltiger Partikel aus der Kurbelgehäuse-Entlüftung von Verbrennungsmotoren Verwendung finden.
An den Elektroden kann es zu Ablagerungen kommen, welche die Leistungsfähigkeit des Abscheiders beeinträchtigen können. Es ist bekannt, zur Abreinigung der Elektroden mechanische Reinigungshilfen zu verwenden, beispielsweise Schaber oder Bürsten, die an den Elektroden entlanggeführt werden.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Abscheider dahingehend zu verbessern, dass dieser mit konstruktiv einfachen und vibrationsfesten Mitteln die Abreinigung einer Elektrode des Elektroabscheiders ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Elektroabscheider mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Elektroabscheider dient dazu, Öl aus dem Gasstrom zu entfernen. Insofern ist es überraschend, wenn die Neuerung vorschlägt, ausgerechnet Öl auf die zu reinigende Elektrode aufzusprühen und somit in den Gasstrom einzusprühen. Es hat sich jedoch überraschend gezeigt, dass die Einspritzung von Öl, nachfolgend als „Spülöl" bezeichnet, für das Abreinigungsverhalten des Elektroabscheiders nicht nachteilig ist. Die zur Reinigung verwendeten Spülölpartikel sind so groß, dass sie an der Elektrode ablaufen, wobei es ihre Größe verhindert, dass diese Spülölpartikel durch den Gasstrom mitgerissen werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, die entsprechende Sprühdüse zum Versprühen von Spülöl nur unter vorgegebenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu betreiben. Bei beispielsweise besonders hohen Drehzahlen und dementsprechend hohen Strömungsgeschwindigkeiten in der Kurbelgehäuse-Entlüftung kann daher ein eventuell mögliches Mitreißen der Spülölpartikel zuverlässig ausgeschlossen werden, indem die Sprühdüse unter derartigen Betriebsbedingungen nicht betätigt wird und das entsprechende Ventil geschlossen ist.
Das zu versprühende Öl kann in besonders einfacher Weise Motoröl sein, wobei dieses, beispielsweise bezogen auf die Kurbelgehäuse-Entlüftung, durch den Kurbelgehäuse-Entlüftungskanal ins Kurbelgehäuse zurückfließt. Auf diese Weise braucht weder ein separater Öltank vorgesehen zu werden, noch wird ein Ölverlust bewirkt; vielmehr wird das zur Abreinigung der Elektrode verwendete Öl im Kreislauf geführt. Die abgereinigten Partikel, die mit Hilfe des Spülöls in das Kurbelgehäuse zurücklaufen, können in an sich bekannter Weise durch einen im Ölkreislauf vorgesehenen Ölfilter erfasst und zurückgehalten werden, so dass durch das Abreinigen innerhalb des Elektroabscheiders keine unzulässige oder nachteilige Verunreinigung des Motoröls erfolgt.
Der gewünschte Betriebszustand, in dem das Sprühventil innerhalb des Elektroabscheiders öffnen soll, kann auf einfache Weise durch den Öldruck der Verbrennungskraftmaschine bestimmt werden.
Dabei kann beispielsweise das Ventil Ein- und Auslassöffnungen aufweisen, zwischen denen sich ein Ventilkörper bewegt. Dieser Ventilkörper verschließt federbelastet den Ventileinlass. Bei steigendem Öldruck wird die Federvorspannung überwunden und der Ventilkörper öffnet den Einlass, so dass nun das Spülöl über entsprechende im Ventilgehäuse vorgesehene Strömungswege um den Ventilkörper herum zum Auslass ge langen kann und auf die gewünschte Elektrode des Elektroabscheiders aufgesprüht wird. Bei weiter zunehmendem Öldruck bewegt sich der Ventilkörper innerhalb des Ventils zunehmend zum Auslass hin, so dass bei Erreichen eines bestimmten Grenz-Öldrucks der Ventilkörper den Auslass des Ventils verschließt, was beispielsweise mit den vorerwähnten höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschinen korreliert.
Um dieses öldruckabhängige Verhalten des Ventilkörpers zu begünstigen, kann dieser vorzugsweise bewußt strömungsungünstig ausgestaltet sein und beispielsweise einen Strömungswiderstandsbeiwert von 1 oder größer aufweisen.
Der Ventilkörper kann vorzugsweise an seiner dem Einlass zugewandten Seite flach oder sogar konkav eingezogen ausgestaltet sein, so dass hier ein vergleichsweise hoher Strömungswiderstand für das Öl geschaffen wird und der Ölstrahl um 90° oder mehr – rein beispielhaft um 135° – umgelenkt wird. Das Öl beaufschlagt den Ventilkörper mit einer dementsprechenden Intensität und verschiebt den Ventilkörper gegen die Federwirkung, wenn der Öldruck ausreichend steigt.
Auf seiner dem Auslass zugewandten Seite hingegen kann der Ventilkörper vorzugsweise strömungsgünstig ausgestaltet sein, so dass hier das Abfließen des Öls und ein dementsprechend guter Öldurchsatz durch das Ventil begünstigt wird.
Um eine problemlose Durchströmung des Ventils sicherzustellen, kann die Durchflußöffnung entsprechend groß gewählt sein, z. B. kann ein Ringspalt, der den Ventilkörper umgibt, vorzugsweise eine wenigstens halb so große Querschnittsfläche aufweisen wie der Einlass, und die Querschnittsfläche des Auslasses kann bewußt größer sein als die des Einlasses, z. B. 1,4-fach.
Um eine problemlose, reibungsarme Beweglichkeit des Ventilkörpers zu erreichen, kann bei einem Ventilkörper, der in einer Führungshülse oder entlang einer Führungsbahn längsbeweglich gelagert ist, das als Führungslänge bezeichnete Maß geringer sein als der Durchmesser des Ventilkörpers, insbesondere um ein Mehrfaches geringer, z. B. um den Faktor 4.
Die zuverlässige Schließwirkung des Ventils kann durch am Einlass und / oder am Auslass bzw. am Einlass- oder Auslassseitigen Ende des Ventilkörpers vorgesehen Elastomerdichtung sichergestellt werden.
Die vorerwähnte federbelastete Vorspannung des Ventilkörpers, mit welcher dieser den Einlass verschließt, kann dadurch bewirkt werden, dass der Ventilkörper durch eine eigene Feder beaufschlagt und in seiner vorgespannten Stellung gehalten wird. Alternativ dazu kann der Ventilkörper in sich verformbar sein, so dass seine Eigenelastizität die gewünschte Federkraft bereitstellt. Beispielsweise kann der Ventilkörper als elastisch verformbare Membran ausgestaltet sein. Bei steigendem Öldruck wird diese Membran zum Auslass hin verformt, dem sie schließlich anliegt, um den Auslass zu schließen. Um bei weiter steigendem Öldruck die Membran nicht zu überlasten und beispielsweise zum Reißen zu bringen, kann im Auslass ein Steg vorgesehen sein, dem die Membran in ihrer Schließstellung anliegt und der die Membran stützt. Anstelle eines einfachen Stegs können selbstverständlich mehrere beispielsweise kreuzartig, speichenartig oder gitterartig angeordnete Stege vorgesehen sein, um eine optimale Unterstützung der Membran sicherzustellen.
Wenn der Ventilkörper jedoch nicht als Membran ausgestaltet ist, sondern als zwischen dem Einlass und dem Auslass nicht verformbarer, sondern vielmehr beweglicher Ventilkörper, so kann dieser vorzugsweise eine gewisse Mindestlänge aufweisen, um innerhalb des Ventilgehäuses geführt zu werden. Die Feder braucht daher keine Führungsfunktion aufzuweisen, sondern lediglich die Vorspann- bzw. Rückstellkräfte aufzubringen, um den Ventilkörper gegen den Einlass vorzuspannen.
Ausführungsbeispiele der Neuerung werden anhand der rein schematischen Zeichnungen nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt
1 ein erstes prinzipielles Ausführungsbeispiel,
2 u. 3 diagrammartig die Öffnungs- und Schließzustände des Ventils in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine,
4 ein erstes Ausführungsbeispiel, mit beweglichem Ventilkörper, und die
5 u. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel, mit verformbarem Ventilkörper, in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen des Ventils.
In 1 ist mit 1 insgesamt ein Ventil bezeichnet. Dieses ist in einer Zuführungsleitung zu einer Sprühdüse angeordnet. Mittels der Sprühdüse wird Öl auf eine Elektrode eines Elektroabscheiders gesprüht, um diese Elektrode abzureinigen, beispielsweise die Niederschlagselektrode. Der Elektroabscheider dient zum Abscheiden von ölhaltigen Partikeln aus dem Gasstrom einer Brennkraftmaschine, beispielsweise aus einer Kurbelgehäuse-Entlüftung eines Fahrzeug Verbrennungsmotors.
Das Ventil 1 weist ein Gehäuse 2 auf, sowie einen darin gelagerten Ventilkörper 3, sowie einen Einlass 4 und einen Auslass 5 für das Öl. Der Ventilkörper 3 weist angeformte Führungsrippen 6 auf, mit welchen er sich sowohl in den Einlass 4 als auch in den Auslass 5 erstreckt, so dass hierdurch eine geradlinige Führung des Ventilkörpers 3 bewirkt wird.
Durch eine Wendelfeder 7 ist der Ventilkörper 3 gegen den Einlass 4 vorgespannt, so dass – abweichend von der in 1 dargestellten Stellung – der Ventilkörper 3 im Ruhezustand dem Einlass 4 anliegt und diesen abdichtet. Dabei liegt der Ventilkörper 3 dem inneren Ende des rohrförmigen Einlasses 4 an.
Sobald im rohrförmigen Einlass 4 das Öl einen Druck aufweist, der eine gewisse untere Schwelle überschreitet, drückt dieses Öl den Ventilkörper 3 gegen die Wirkung der Wendelfeder 7 und öffnet den Einlass 4. Die Wirkung des Öls und die Effektivität des auf den Ventilkörper 3 einwirkenden Öldrucks wird durch die Formgestaltung des Ventilkörpers 3 begünstigt: Zum Einlass 4 hin ist der Ventilkörper 3 konkav eingezogen ausgestaltet, so dass er einen vergleichsweise großen Strömungswiderstand darstellt. Zum Auslass 5 hingegen ist der Ventilkörper 3 strömungsgünstiger konvex ausgestaltet, um hier das Abfließen des Öls möglichst wenig zu behindern.
In seiner zwischen dem Einlass 4 und dem Auslass 5 befindlichen Stellung, wie in 1, schafft das Ventilgehäuse 2 durch seinen im Verhältnis zum Ventilkörper 3 größeren Innenraum Strömungskanäle 8, durch welche das Öl am Ventilkörper 3 vorbei vom Einlass 4 zum Auslass 5 strömen kann.
In 2 ist schematisch und diagrammartig dargestellt, wie das Ventil unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors öffnet bzw. schließt: Vertikal ist nach oben steigend der Schmieröldruck innerhalb des Schmiersystems des Verbrennungsmotors aufgetragen, während horizontal nach rechts steigende Drehzahlen dieses Motors aufgetragen sind. Die im Diagramm schräg verlaufende Linie zeigt die Abhängigkeit des Schmieröldrucks von der Motordrehzahl, wobei zwischen einem unteren Öldruck P1 und einem oberen Öldruck P2 und dementsprechend zwei unterschiedlichen Drehzahlen N1 und N2 das Ventil öffnet.
3 zeigt ebenfalls gegenüber der Drehzahl aufgetragen den Ölvolumenstrom durch das Ventil. Dieser ist zwischen den Drehzahlen N1 und N2 im wesentlichen gleich.
4 zeigt ein in der Praxis realisierbares Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip der 1: Auch hier ist das Gehäuse mit 2 bezeichnet, wobei das Gehäuse mehrteilig ausgestaltet ist. Der Ventilkörper 3 ist zum Einlass 4 hin konkav ausgestaltet und lenkt den Ölstrahl zugunsten eines möglichst großen Strömungswiderstandes um 135° um, wobei der Ventilkörper 3 insgesamt einen Strömungswiderstandsbeiwert aufweist, der größer als 1 ist. Zum Auslass 5 hin läuft der Ventilkörper 3 kegelig spitz zu und ist somit strömungsgünstiger ausgestaltet. Ein ungehindertes Abfließen des Öls wird durch den groß dimensionierten Auslass 5 sichergestellt, dessen Querschnittsfläche 1,4-fach größer ist als die des Einlasses 4.
Der Ventilkörper 3 liegt mit einer zylindrischen Umfangsfläche dem Gehäuse 2 bis auf einen geringen Ringspalt an, wobei die Länge dieser zylindrischen Umfangsfläche des Ventilkörpers 3 als sogenannte Führungslänge lediglich ¼ des Durchmessers des Ventilkörpers 3 beträgt. Auch diese vergleichsweise kurz bemessene Führungslänge stellt zuverlässig die korrekte Führung des Ventilkörpers 3 innerhalb des Gehäuses 2 sicher.
Der Ringspalt um den Ventilkörper 3 weist eine halb so große Querschnittfläche auf wie der Einlass 4 und ist somit so groß bemessen, dass er den Strömungskanal 8 bilden kann, durch welchen bei geöffnetem Ventil 1 das Öl vom Einlass 4 zum Auslass 5 am Ventilkörper 3 vorbei gelangt. Die Wendelfeder 7 stützt sich gegen einen Stift 9 ab.
In 4 ist der Betriebszustand dargestellt, in welchem das Ventil 1, bedingt durch einen vergleichsweise hohen Öldruck, den Auslass 5 verschließt. Der Ventilkörper 3 liegt dabei einer O-Ring-Dichtung 10 an, wobei um den Einlass 4 herum eine zweite, ähnliche O-Ring-Dichtung 11 vorgesehen ist, welcher der Ventilkörper 3 anliegt, wenn er bei entsprechend niedrigem Öldruck und durch die Wendelfeder 7 vorgespannt, den Auslass 4 verschließt.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel in einem Betriebszustand mit niedrigem Öldruck des Verbrennungsmotors. Der Ventilkörper 3 ist durch eine Membran gebildet, die aufgrund ihrer Einbaulage leicht vorgespannt dem Ende des rohrförmigen Einlasses 4 anliegt und diesen auf diese Weise verschließt.
Bei steigendem Öldruck wird die Membran geöffnet und das Öl kann, wie in 6 durch gebogene Pfeile angedeutet, radial außerhalb der Membran entlang der Membranhalterung das Gehäuse durchströmen und auf die Rückseite bzw. dem Auslasse 5 zugewandte Seite der Membran gelangen.
6 zeigt allerdings nicht eine Situation, in der eine derartige Durchströmung des Ventils 1 möglich ist, sondern hier ist der Öldruck bereits so groß, dass die Membran, also der Ventilkörper 3, den Auslass 5 verschließt.
Um eine Überlastung des Ventilkörpers 3 und einen Riss der Membran zu vermeiden, ist im Auslass 5 ein Steg 12 vorgesehen, der die Membran stützt.

Claims

Elektroabscheider zum Abscheiden von ölhaltigen Partikeln aus dem Gasstrom einer Brennkraftmaschine, mit einer Sprühelektrode, und einer Niederschlagselektrode, gekennzeichnet durch eine auf wenigstens eine der Elektroden gerichtete Sprühdüse zum Versprühen von Öl, wobei der Sprühdüse ein Ventil (1) vorgeschaltet ist, welches unter vorgegebenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine öffnet.
Elektroabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) in Abhängigkeit von dem das Ventil (1) beaufschlagenden Öldruck öffnet oder schließt.
Elektroabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (1) ein Gehäuse (2) mit einem Einlass (4) und einem Auslass (5) für das Öl aufweist, sowie einen beweglichen, vorgespannten Ventilkörper (3), welcher den Einlass (4) verschließt, und welcher bei Erreichen eines ersten, vorgegebenen Öldrucks den Einlass (4) öffnet, und welcher bei Erreichen eines zweiten, höheren Öldrucks den Auslass (5) verschließt, wobei zwischen diesen beiden Schließstellungen des Ventilkörpers (3) im Gehäuse (2) Strömungskanäle (8) für das Öl vom Einlass (4) zum Auslass (5) vorgesehen sind.
Elektroabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) an seiner dem Einlass (3) zugewandten Seite flach oder eingezogen ausgestaltet ist.
Elektroabscheider nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) an seiner dem Auslass (5) zugewandten Seite strömungsgünstig ausgeformt ist.
Elektroabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventilkörper (3) am Einlass (4) und / oder Auslass (5) eine Dichtung (10, 11) aus Elastomerwerkstoff zugeordnet ist.
Elektroabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) durch eine Feder (7) in seiner vorgespannten Stellung gehalten ist.
Elektroabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) verformbar ausgestaltet ist und durch seine Eigenelastizität in der vorgespannten Stellung gehalten ist.
Elektroabscheider nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) als elastisch verformbare Membran ausgestaltet ist.
Elektroabscheider nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Auslass (5) ein Anlagesteg (12) vorgesehen ist, welchem die Membran in ihrer den Auslass (5) verschließenden Stellung anliegt.
Elektroabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) eine dem umgebenden Gehäuse (2) benachbarte Umfangsfläche aufweist, welche in Bewegungsrichtung des Ventilkörpers (3) eine die verkantungssichere Führung des Ventilkörpers (3) ermöglichende Länge aufweist.
Elektroabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (3) einen Strömungswiderstandsbeiwert von 1 oder größer aufweist.