DE4119794A1 - Vorrichtung zum abscheiden von in der ansaugluft einer brennkraftmaschine enthaltenen oelbestandteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Ölbestandteilen aus der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 33 38 273 als bekannt hervorgeht.

Um den Wärmetauschwirkungsgrad eines Ladeluftkühlers möglichst hoch zu halten, ist bei der Einrichtung nach der DE-OS 33 38 273 dem Ladeluftkühler ein von der Ladeluft durchströmter Ölabscheideraum vorgeschaltet. Durch Umlenkung der Ladeluft wird aus dem Lader mitgerissenes Schmieröl abgeschieden, das zum Boden des Ölabscheideraums abläuft, von wo das Schmieröl über eine Leitung abtransportiert wird. Voraussetzung für das Funktionieren dieses Ölabscheiders ist, daß die Fließfähigkeit des abgeschiedenen Öls erhalten bleibt. Nachteilig bei dieser Art von Ölabscheider ist, daß es bei vertretbarem Bauvolumen nicht möglich ist, das in der Ansaugluft enthaltene Öl vollständig zu entfernen. Dies hat aber zur Folge, daß sich nach wie vor Ablagerungen im Ladeluftkühler bilden können, wenn auch mit reduzierter Geschwindigkeit.

Auch bei der Entlüftung des Kurbelraums von Brennkraftmaschinen ist es bekannt, die Kurbelgehäusegase in einem Ölabscheider von einem Großteil des als Ölnebel enthaltenen Öls zu befreien, bevor sie in das Luftansaugrohr der Brennkraftmaschine eingeleitet werden. Ein derartiger Ölabscheider geht beispielsweise aus dem DE-GM 74 06 276 als bekannt hervor. Als Prallflächen zur Strömungsumlenkung dienen bei diesem Ölabscheider eine Anzahl versetzt hintereinander angeordnete Stäbe, an denen das niedergeschlagene Öl zum Boden des Ölabscheiders läuft, von wo es in den Ölsumpf des Kurbelgehäuses zuruckgeführt wird. Für das Funktionieren des Ölabscheiders ist auch hier Voraussetzung, daß das abgeschiedene Öl fließfähig bleibt. Wiederum läßt sich auch hier das in der Kurbelgehäuseluft enthaltene Öl nicht vollständig entfernen, da der Ölabscheider auf eine vertretbare Baugröße zu beschränken ist.

Wie es aus der DE-PS 24 46 490 als bekannt hervorgeht, kann in den Ladeluftkühler zur Reinigung eine Reinigungsflüssigkeit eingespritzt werden. Dies bedeutet jedoch große Aufwendungen an Zeit und Kosten, weil auch die Spülflüssigkeit wieder abzuscheiden ist.

Ännlich aufwendig ist der Vorschlag nach der DE-AS 16 26 007, nach dem zum Reinigen des Ladeluftkühlers der Ladeluftkühler ausgebaut werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige, dabei aber besonders effektive Möglichkeit zur Befreiung der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine von schädlichen Ölbestandteilen aufzuzeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, die Vorrichtung zum Abscheiden von Ölbestandteilen aus der Ansaugluft entweder nach Anspruch 1 in Leitungsabschnitten anzuordnen, in denen die Temperatur der durchströmenden Ansaugluft so hoch ist, daß Grund- und Stellölanteile verdampft sind, oder, nach Anspruch 2, die Temperatur der Wandungen der Vorrichtung so hoch zu halten, daß die Grund- und Stellölanteile beim Auftreffen von Ölteilchen verdampfen. Sind die Grund- und Stellölanteile verdampft, bilden sich auf den Wandungen der Vorrichtung klebrige, nicht fließfähige Überzüge. Diese Überzüge bestehen im wesentlichen aus den schädlichen, schwer verdampfbaren Motorölkomponenten. Es sind dies polymere organische Verbindungen (z. B. Viskositätsindex-Verbesserer) sowie metallhaltige, aschebildende Additive, die zu unerwünschten Ablagerungen im Ladeluftkühler (luftseitig), sowie zu Ablagerungen auf den Einlaßventilen und zu unerwünschten Abgasemissionen führen würden. Die Klebewirkung ist insbesondere auf den Polymergehalt der Motorenöle zurückzuführen. Sie tritt auf, wenn die Grund- und Stellölanteile verdampft sind, die bei niedrigen Temperaturen das Lösemittel zur Erhaltung der Fließfähigkeit darstellen. Durch Verdampfen von Grund- und Stellölanteilen tritt die Klebewirkung bei Mehrbereichsölen bei Temperaturen der Ansaugluft über 160°C ein. Bei Einbereichsölen liegt diese Temperatur bei ca. 190°C. Aufgrund der Klebewirkung haften die abgeschiedenen Ölbestandteile auf den Wandungen der Vorrichtung so gut, daß sie von der nachfolgenden Luftströmung nicht wieder aufgenommen werden, was zu einer wesentlich effektiveren Abscheidung als bei herkömmlichen Abscheidern führt, bei denen das abgeschiedene Öl aufgrund der niedrigeren Temperaturen fließfähig bleibt. Bei den konventionellen, bei niedrigeren Temperaturen arbeitenden Ölabscheidern werden aufgrund der geringeren Haftfähigkeit des fließfähigen, niedergeschlagenen Ölfilms durch die darüber hinwegströmende, verwirbelte Ansaugluft Ölteilchen leicht wieder abgelöst, zerstäubt und mit der Ansaugluft fortgeführt. Bei der erfinderischen Vorrichtung gelangen die verdampfbaren Grund- und Stellölanteile mit der Ansaugluft zur Verbrennung in die Zylinder, was aber kein Nachteil ist, denn diese Anteile führen weder zu Ablagerungen noch zu unerwünschten Emissionen. Da diese Anteile nicht abgeschieden werden, setzt sich die Vorrichtung nur langsam zu, und die Menge der zu entsorgenden Abscheidungen bleibt klein. Vorteilhaft ist es, wenn nach Anspruch 4 die Vorrichtung im Leitungsabschnitt vor dem Ladeluftkühler angeordnet ist, weil dort die Temperaturen der Ansaugluft am höchsten sind. Da das Bauvolumen der Vorrichtung klein gehalten werden kann, ist die Vorrichtung in einfacher Weise mit einem Lösungsmittel nach Unteranspruch 5 reinigbar. Auch der Ausbau der Vorrichtung zum Reinigen oder zu ihrem Ersatz durch eine gereinigte Vorrichtung nach Anspruch 6 bedeutet einen geringen Aufwand aufgrund der geringen Baugröße.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigt die einzige Figur eine schematische Ansicht einer Vorrichtung mit Prallflächen mit Anordnung der Vorrichtung im heißen Leitungsbereich vor dem Ladeluftkühler einer Brennkraftmaschine.

In der Figur ist die Vorrichtung 1 zum Abscheiden von in der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine 4 in Form von Aerosolen enthaltenen Ölbestandteilen in der Ansaugleitung 3 vor dem Ladeluftkühler 5 angeordnet. In die Ansaugleitung 3 wird über eine Leitung 6 ölnebelhaltige Kurbelgehäuseluft eingeleitet, die zuvor über einen Ölabscheider 8 geführt wird. Die mit der über einen Luftfilter 7 angesaugten Luft vermischten Kurbelgehäusegase gelangen in den Verdichter 10 eines Abgasturboladers 9, wo sie komprimiert werden, bevor sie in die Vorrichtung 1 eingeleitet werden.

In der Vorrichtung 1 wird die Ansaugluft durch die Prallflächen 2 mehrfach umgeleitet, wobei die nicht verdampften, in Form von Aerosolen enthaltenen Ölbestandteile auf den Wandungen der Vorrichtung 1 niedergeschlagen werden. Bei hochaufgeladenen Motoren mit einstufiger Aufladung betragen die Temperaturen der Ladeluft zwischen 160 und 250°C. Bei diesen Temperaturen sind die Grund- und Stellölanteile des Öls verdampft, da die Grund- und Stellölanteile eines Dieselmotorenöls die leichtflüchtigen Ölanteile darstellen. Es bildet sich deshalb bei Mehrbereichsölen ab 160°C, bei Einbereichsölen ab ca. 190°C, auf den Wandungen des Ölabscheiders, die die Prallflachen beinhalten, ein klebriger Überzug, der aus den polymeren organischen Verbindungen (z. B. Viskositätsindex-Verbesserer) und metallhaltigen, aschebildenden Additiven besteht. Diese Ölbestandteile haften wegen ihrer Klebrigkeit sehr gut auf den Wandungen. Die über die Wandungen hinwegströmende, mit Wirbeln durchsetzte, starke Luftströmung ist wegen der guten Haftung des Überzugs nicht in der Lage einmal anhaftende Ölbestandteile wieder mitzureißen und fortzuführen, wie dies bei konventionellen Ölabscheidern möglich ist, bei denen das niedergeschlagene Öl fließfähig bleibt. Infolgedessen ist die Effektivität der Abscheidung sehr viel größer als bei konventionellen Ölabscheidern. Dies führt dazu, daß auch bei einer geringen Baugröße der Vorrichtung schädliche Ölkomponenten fast vollständig aus der Ansaugluft entfernt werden können. Damit gelingt es, Ablagerungen im Ladeluftkühler und auf den Einlaßventilen zu vermeiden. Ölbedingte Emissionen, insbesondere Partikelbildung werden reduziert.

Die dargestellte Vorrichtung kann auch in Leitungsabschnitten zum Einsatz kommen, in denen die Temperatur der Ansaugluft so niedrig ist, daß Grund- und Stellöl nur zu einem geringen Teil verdampft ist. Es ist dann, beispielsweise durch Beheizung, dafür zu sorgen, daß die von der Ansaugluft bestrichenen Wandflächen auf denen das Öl auftrifft, entsprechende Temperaturen aufweisen, nämlich von wenigstens 160°C bei Mehrbereichsölen und wenigstens 190°C bei Einbereichsölen. Beim Auftreffen der Öltröpfchen verdampfen dann die Ölanteile, die die Fließfähigkeit des Öls bedingen. Es bildet sich ebenfalls ein klebriger Überzug.

Die Ablagerungsbildung wird begünstigt durch hohe Anteile von polymeren organischen Verbindungen (z. B. Viskositätsindex-Verbesserer) im Öl, da der Polymergehalt ausschlaggebend für die Klebewirkung der Öltröpfchen ist. Damit die Klebewirkung erzielt wird, müssen die Stell- und Grundölanteile größtenteils verdampft sein. Die Sättigung der Luft ist jedoch temperaturabhängig. Je höher deshalb die Grund- und Stellölanteile im Verhältnis zu den polymeren organischen Verbindungen sind, um so höher muß auch die Aufnahmefähigkeit der Luft für die Öldämpfe und damit die Temperatur sein. Da bei Einbereichsölen das Verhältnis von Grund- und Stellölanteilen zu den polymeren organischen Verbindungen größer ist als bei Mehrbereichsölen, tritt die Klebewirkung erst bei entsprechend hoheren Temperaturen auf. Die angegebenen Temperaturgrenzen von ca. 160°C bei Mehrbereichsölen und 190°C bei Einbereichsölen können bei günstigen Bedingungen auch niedriger und bei ungünstigen Bedingungen auch höher liegen. Wesentlich ist die Aufnahmefähigkeit der Luft für Öldämpfe, die außer von der Temperatur natürlich auch von der Menge des angesaugten Luftvolumens und dem Druck abhängt. Die gute Verdampfbarkeit der Grund- und Stellölanteile hängt dabei auch ab von der Tropfengröße im Ölnebel. Denn der Dampfdruck einer Flüssigkeit ist abhängig vom Durchmesser eines Tropfens. Die Tropfengröße läßt sich offenbar durch die Verdünnung, das heißt das Verhältnis von Luftmenge zur Ölmenge, beeinflussen. Günstig ist dabei eine Verdünnung, wie sie in der Ansaugleitung 3 vorliegt.

Vorteilhaft ist insbesondere, daß bei der Wahl der Ölsorte, mit der die Brennkraftmaschine betrieben wird, keine Einschrankungen hingenommen werden müssen, weil die nahezu vollständige Abscheidung der schädlichen Ölkomponenten möglich ist. Die Vorrichtung zeichnet sich dabei durch hohe Effektivität bei kleinem Bauvolumen aus.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Abscheiden von in der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine in Form von Aerosolen enthaltenen Ölbestandteilen, die sich infolge Umlenkung der Ansaugluft durch Prallflächen auf den Wandungen der Vorrichtung niederschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) in Leitungsabschnitten angeordnet ist, in denen die Temperatur der durchströmenden Ansaugluft so hoch ist, daß die Grund- und Stellölanteile größtenteils verdampft sind.

2. Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Wandungen der Vorrichtung (1) so hoch ist, daß die Grund- und Stellölanteile bei Auftreffen größtenteils verdampfen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur wenigstens 160°C beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) in der Ansaugleitung (3) vor dem Ladeluftkühler (5) einer aufgeladenen Brennkraftmaschine (4) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Vorrichtung (1) mit einem Lösungsmittel reinigbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) ausbaubar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Prallflächen vorgesehen sind, die versetzt hintereinander angeordnet sind.