EP1090210A1 - Verfahren zur entölung von kurbelgehäuseentlüftungsgasen und vorrichtungen zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur entölung von kurbelgehäuseentlüftungsgasen und vorrichtungen zur durchführung des verfahrens

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EP1090210A1
EP1090210A1 EP00929385A EP00929385A EP1090210A1 EP 1090210 A1 EP1090210 A1 EP 1090210A1 EP 00929385 A EP00929385 A EP 00929385A EP 00929385 A EP00929385 A EP 00929385A EP 1090210 A1 EP1090210 A1 EP 1090210A1
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EP
European Patent Office
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oil
control element
volume flow
flows
partial
Prior art date
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EP00929385A
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English (en)
French (fr)
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EP1090210B1 (de
EP1090210B2 (de
Inventor
Jürgen BUSEN
Sieghard Pietschner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Original Assignee
Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
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Publication date
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Application filed by Ing Walter Hengst GmbH and Co KG filed Critical Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Publication of EP1090210A1 publication Critical patent/EP1090210A1/de
Publication of EP1090210B1 publication Critical patent/EP1090210B1/de
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
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    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
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    • F01M2013/005—Layout of crankcase breathing systems having one or more deoilers
    • F01M2013/0061—Layout of crankcase breathing systems having one or more deoilers having a plurality of deoilers
    • F01M2013/0066—Layout of crankcase breathing systems having one or more deoilers having a plurality of deoilers in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M2013/0422—Separating oil and gas with a centrifuge device
    • F01M2013/0427—Separating oil and gas with a centrifuge device the centrifuge device having no rotating part, e.g. cyclone

Definitions

  • the present invention relates to a method for deoiling crankcase ventilation gases according to the preamble of patent claim 1 and devices for carrying out the method according to the preamble of patent claim 2.
  • the volume flow of the crankcase ventilation gas is dependent on operating variables such as the load condition and speed, the associated internal combustion engine and the wear condition of the same. This results in such a large when operating an internal combustion engine Volume flow range that this can not be covered disadvantageously with a separating element, because the optimal operating condition of the separating element is only maintained in a small area. In other areas, for example with low volume flows, the separation capacity drops below a desired level or with correspondingly larger volume flows the resulting differential pressure exceeds a still permissible value.
  • crankcase ventilation gases which operate in the optimum range for all operating variables of the internal combustion engine.
  • the generic method is characterized in that the volume flow of the crankcase ventilation gases is divided into at least two partial volume flows and at least one partial volume flow is passed through at least one oil separating element, the size of the at least two partial volume flows being regulated depending on the size of the volume flow. It is thereby advantageously achieved that at low volume flows only one separating element is acted upon by appropriate regulation and that at least two separating elements are acted upon at large volume flows. It is of course possible to use three or four or correspondingly more separating elements, each of which is regulated so that the partial volume flow flowing to them can be optimally cleaned of the oil droplets.
  • a first embodiment having at least two oil separator elements connected in parallel, upstream of which there is a common control element which divides the volume flow of the crankcase ventilation gases into at least two partial volume flows depending on their size and this feeds the at least two 01 separating elements.
  • An alternative embodiment provides that there are at least two oil separator elements connected in parallel, upstream of which a control element is connected upstream, which controls the downstream oil separator element depending on the size of the partial flow flowing to it, i.e. opens or closes or partially opens.
  • a control element is required for each oil separator element, which, however, can in most cases be made smaller than the first embodiment because of the smaller partial flow quantity to be absorbed.
  • an additional common control element is connected upstream of the other control elements, which reduces the volume flow of the crankcase ventilation gases to a corresponding number depending on its size Splits partial volume flows.
  • the common control element is connected in a suitable manner, for example by electrical control signal lines, to the subsequent plurality of control elements in such a way that control commands can be forwarded from the common control element to the downstream control elements and in particular control signals can be forwarded for opening or closing.
  • At least two oil separator elements connected in parallel are present, each of which a partial flow can flow through, the size of which can be regulated by a control element associated with the oil separator element, which is arranged in flow parallel to the oil separator element.
  • the number of control elements is again the same as the number of oil separating elements, but the partial flows do not flow through them fully, which in some cases enables a smaller construction.
  • the gel element be a passive element that can be actuated directly via the volume flow or via a force exerted by the latter. In this way, on the one hand, a simple and inexpensive construction and, on the other hand, high reliability in operation are achieved.
  • control element can be an active element which can be actuated in accordance with a control signal obtained by measuring the volume flow.
  • this version requires a slightly higher technical effort, it allows more precise control and enables a stronger influence e.g. on the course of control characteristics.
  • a measuring device for measuring the volume flow comprises a hot wire through which an electrical current flows and that the control element can be actuated electrically. Both the measurement of the volume flow and the actuation of the control element are advantageously carried out electrically, so that a simple conversion of measurement signals into control signals is possible in a purely electrical way.
  • a measuring device for measuring the volume flow comprises a Venturi pressure sensor and that the control element can be actuated mechanically, preferably via a membrane acting on a valve tappet of the control element.
  • This embodiment has the advantage that both the measurement and the actuation of the control element take place in a purely mechanical way, so that a conversion of mechanical measured values into electrical signals or vice versa from electrical signals into mechanical manipulated variables is not necessary.
  • the control element is arranged directly in the gas inlet of the associated oil separator element and that by means of the control element the inlet cross section of the oil separator element between an open and a closed position, preferably continuously or in several stages, is changeable.
  • control element is arranged directly in the gas outlet of the associated oil separating element and that the gas outlet cross section of the oil separating element can be changed between an open and closed position, preferably continuously or in several stages, by means of the control element.
  • an additional control element is arranged directly in the oil outlet of the associated oil separator element that by means of the additional control element, the oil outlet cross section of the oil separating element can be changed between an open and closed position, preferably continuously or in several stages, and that the control element and the additional control element can be adjusted together when coupled.
  • the control element and the additional control element in each case comprise a valve ball preloaded by weight or spring force in the closing direction, the valve ball of the control element having a larger diameter than the valve ball of the additional control element and the two valve balls being connected to one another by a coupling element for common adjustment.
  • the coupling element is a thin and light-weight rod connecting the two valve balls, which clearly forms an asymmetrical dumbbell with the two valve balls.
  • FIG. 2 shows a second embodiment
  • Figure 4 shows a fourth embodiment
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment of the device according to the invention, in each case in the form of a block diagram
  • FIG. 6 shows an embodiment of the device with two cyclones connected in parallel as oil separating elements and with a control element, in a schematic representation
  • Figure 7 shows a cyclone with upstream control element as part of the device of Figure 6, in cross section and Figure 8 shows a cyclone as part of the device, in longitudinal section.
  • a volume flow 2 of the crankcase ventilation gases flows in the direction of the arrow to a common control element 3 ', which divides the volume flow 2 into up to four partial flows 21, 22, 23, 24, each of which flows through an oil separating element 1, whereupon the partial flows reunite through appropriate piping to a de-oiled volume flow 2, which is derived to the right in Figure 1 in the usual way, for example in the intake tract of the associated internal combustion engine.
  • a de-oiled volume flow 2 which is derived to the right in Figure 1 in the usual way, for example in the intake tract of the associated internal combustion engine.
  • the partial flows 21 to 24 do not of course have to be identical to one another, but they can be in certain operating states of the associated internal combustion engine.
  • a volume flow 2 is divided into four partial flows 21 to 24 by line branching, each partial flow flowing through a control element 3 and then through an oil separating element 1, whereupon the four de-oiled partial flows 21 to 24 are brought together again.
  • a volume flow 2 is again divided into four partial flows 21 to 24, after which each partial flow 21 to 24 again flows, divided into two flow paths, through a pair of an oil separating element 1 and a control element 3 connected in parallel, after which the two flow paths are combined and the four partial flows 21 to 24 flow together again to form a common de-oiled volume flow 2.
  • the volume flow 2 initially flows in its entirety through a common first control element 3 ', after which it is divided into four partial flows 21 to 24, after which each partial flow flows through a control element 3 and then through an oil separating element 1, whereupon four partial flows are combined again to form a common de-oiled volume flow 2.
  • FIG. 3 the volume flow 2 initially flows in its entirety through a common first control element 3 ', after which it is divided into four partial flows 21 to 24, after which each partial flow flows through a control element 3 and then through an oil separating element 1, whereupon four partial flows are combined again to form a common de-oiled volume flow 2.
  • signal transmission means 5 for example electrical control signal lines, between the common first control element 3 'and the four control elements 3, which transmit control signals, are indicated by dashed lines. It can be seen that the common control element 3 'is connected to each individual downstream control element 3 by the signal transmission means 5.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the common volume flow 2 is first passed into a control element 3, in which it is divided into two partial flows.
  • One partial flow flows downward in FIG. 5 and then to the right through a bypass line 4, thus does not touch any oil separating element.
  • the other partial flow flows through an oil separating element 1 and on to a downstream regulating element 3, again being divided as in the first stage.
  • a first partial flow flows into the bypass line 4 and the other partial flow through an oil separating element 1 and from there to a third control element 3.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an embodiment of the device which has two cyclones connected in parallel as oil separating elements 1 and a single control element 3.
  • a volume flow 2 of crankcase gas loaded with oil droplets comes from the raw side, ie from the crankcase of an internal combustion engine, not shown here.
  • the volume flow 2 is divided into two partial flows 21, 22.
  • the first partial flow 21 is fed to a first cyclone 1, shown above in FIG. 6, through its gas inlet 11.
  • a separation into clean gas and oil takes place in a known manner, the clean gas leaving the cyclone 1 upwards through a gas outlet 12, while the separated oil flows out through the oil outlet 13 provided below.
  • the first cyclone 1 Since the first cyclone 1 is not preceded by a control element, gas flows through it continuously during operation of the associated internal combustion engine.
  • the second cyclone 1 is acted upon by the second partial flow 22 of the crankcase ventilation gases.
  • This cyclone 1 is preceded by the control element 3, which is formed here by a ball valve 31 preloaded in the closing direction. Due to the preload force in the closing direction, the control element 3 is closed at a low volume flow 2; Only when the volume flow 2 rises sharply does the valve 31 open due to the increasing volume flow, here the partial flow 22, for example by a force exerted on the valve ball by the latter.
  • the control element 3 opens, a partial flow of the crankcase ventilation gas flows through the second cyclone 1, which is shown in FIG. 6 below, parallel to the first cyclone 1.
  • the device thus works in both a small and a large volume flow in a favorable separation area of the cyclones 1.
  • the gas to be cleaned also enters the cyclone 1 through a gas inlet 11.
  • the cleaned gas leaves the second cyclone upwards through a gas outlet 12; the separated oil also flows down into the oil outlet 13 and, together with the oil separated in the first, upper cyclone 1, is preferably returned to the oil pan of the internal combustion engine.
  • the partial flows 21, 22 are brought together again and diverted to form a common, now cleaned volume flow 2, preferably in the intake tract of the associated internal combustion engine.
  • the oil outlets 13 of the oil separating elements 1 open into a common oil collection container, which directly adjoins the oil outlets 13.
  • the oil reservoir is connected to the crankcase via a valve, a so-called non-return valve.
  • the anti-return valve opens temporarily so that the oil can flow into the crankcase.
  • the anti-return valve can also be designed as a siphon.
  • this oil outlet 13 has an additional control element 3 ′′ which blocks the oil outlet 13 from the oil collection container or can open.
  • the oil outlets 13 of at least two oil separator elements 1 connected in parallel each lead into a separate NEN oil collection tank, which is connected to the crankcase via a non-return valve.
  • the non-return valves also take on the function of the additional control element 3 ′′ mentioned above.
  • FIG. 7 of the drawing shows in cross section an exemplary embodiment of a cyclone 1 with an upstream control element 3 in the form of a valve 31.
  • the valve 31 is here as a prefabricated unit in a pipe socket which lies in the course of the partial flow 22 to the gas inlet of the cyclone 1 , installed, pressed in here.
  • a valve plate is preloaded in the closing direction by means of a spring. If the partial flow 22 becomes sufficiently large, the valve plate can be lifted from the valve seat against the force of the spring by the partial flow 22, so that the partial flow 22 then passes through the control element 3 to the gas inlet 11 of the cyclone 1 and then the cyclone 1 flows through. A part of the gas outlet 12 can still be seen in the center of the cyclone 1.
  • FIG. 8 of the drawing shows an example of a cyclone 1 as an oil separating element, in which a control element 3 is provided in the gas outlet 12 and an additional control element 3 ′′ in the oil outlet 13.
  • the gas to be cleaned enters the interior of the cyclone 1 through the gas inlet 11 located at the top left of the cyclone 1 and is set in a rotating flow therein. Due to the centrifugal force, the oil droplets are deposited on the inner surface of the cyclone 1 and flow downwards in the direction of the oil outlet 13. The cleaned gas, freed from the oil droplets, flows upwards in the center of the cyclone 1 through a central dip tube 12 ′ Direction to gas outlet 12.
  • the control element 3 in the gas outlet 12 is formed here by a valve ball 32, which is formed on an annular valve seat formed on the upper end of the dip tube 12 ' lies on.
  • a second valve ball 33 is arranged in the area immediately above the oil outlet 13 and closes the oil outlet 13 in its lower position, as shown in FIG.
  • the valve ball 32 of the control element 3 and the valve ball 33 of the additional control element 3 ′′ are mechanically connected to one another via a coupling element 34, here a straight, thin and light rod, so that they carry out each movement together in the vertical direction.
  • the upper valve ball 32 is designed with a larger diameter than the lower valve ball 33.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entölung von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Ölabscheideelement (1), wie ein Zyklon, von den Kurbelgehäuseentlüftungsgasen durchströmt wird und dabei die darin enthaltenen Öltröpfchen abgeschieden werden. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom (2) der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in mindestens zwei Teilvolumenströme (21, 22, 23, 24) aufgeteilt wird und mindestens ein Teilvolumenstrom durch mindestens ein Ölabscheideelement (1) geleitet wird, wobei die Grösse der mindestens zwei Teilvolumenströme (21 - 24) abhängig von der Grösse des Volumenstroms (2) geregelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung :
Verfahren zur Entölung von Kurbelgehäuseentlüftunσsgasen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur EntÖlung von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.
Verfahren und zugehörige Vorrichtungen sind aus dem praktischen Betrieb aus einer Vielzahl von Anwendungsfällen bekannt. Die zur Ölabscheidung aus den Kurbelgehäuseentlüftungsgasen eingesetzten bekannten Abscheideelemente, in den meisten Fällen Zyklone, besitzen zwei bestimmende Betriebsgrößen, nämlich die Abscheideleistung und den Differenzdruck, die vom Volumenstrom des durchgeleiteten Kurbelgehäuseentlüftungsgases, des sogenannten Blow-By- Gaεes, abhängen. Somit ergibt sich betriebsbedingt ein Volumenstrombereich, in dem sowohl die Abscheideleistung als auch der Differenzdruck des Abscheideelementes optimal auf die Anforderungen der Verbrennungskraftmaschine abgestimmt sind.
Der Volumenstrom des Kurbelgehäuseentlüftungsgases ist dabei abhängig von Betriebsgrößen, wie Lastzustand und Drehzahl, der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine und vom Verschleißzustand derselben. Daraus ergibt sich beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine ein so großer Volumenstrombereich, daß dieser nachteilig mit einem Abscheideelement nicht abgedeckt werden kann, denn der optimale Betriebszustand des Abscheideelements wird nur in einem kleinen Bereich eingehalten. In anderen Bereichen sinkt z.B. bei geringen Volumenströmen die Abscheideleistung unter ein gewünschtes Niveau oder bei entsprechend größeren Volumenströmen übersteigt der entstehende Differenzdruck einen noch zulässigen Wert.
Es ist deswegen die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und zugehörige Vorrichtungen zur Entölung von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen anzugeben, die bei allen Betriebsgrößen der Verbrennungskraftmaschine im optimalen Bereich arbeiten.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem gattungsgemäßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit gattungsgemäßen Vorrichtungen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 2 , alternativ mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 3 und weiter alternativ mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 5 oder 6.
Das gattungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in mindestens zwei Teilvolumenströme aufgeteilt wird und mindestens ein Teilvolumenstrom durch mindestens ein Olabscheideelement geleitet wird, wobei die Größe der mindestens zwei Teilvolumenströme abhängig von der Größe des Volumenstroms geregelt wird. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß bei geringen Volumenströmen durch entsprechende Regelung nur ein Abεcheideelement beaufschlagt wird und daß bei großen Volumenströmen die mindestens zwei Abscheideelemente beaufschlagt werden. Es ist natürlich möglich, drei oder vier oder entsprechend mehr Abscheideelemente einzusetzen, die jeweils so geregelt sind, daß der ihnen zuströmende Teilvolumenstrom optimal von den Öltröpfchen gereinigt werden kann.
Die Vorteile liegen darin, daß die Abscheideleistung und der Differenzdruck immer im optimalen Bereich gehalten werden können und das auch bei extremen Betriebszustän- den, wie Schubbetrieb und/oder starkem Verschleiß, der Verbrennungskraf maschine .
Es werden verschiedene Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben, wobei in einer ersten Ausführung mindestens zwei parallel geschaltete Ölabscheideelemente vorhanden sind, denen stromaufwärts ein gemeinsames Regelelement vorgeschaltet ist, das den Volumenstrom der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in Abhängigkeit von dessen Größe in mindestens zwei Teil- volumenströme aufteilt und diese den mindestens zwei 01- abscheideelementen zuleitet. Der Vorteil dieser Lösung liegt in dem relativ einfachen Aufbau mit nur einem Regelelement.
Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, daß mindestens zwei parallel geschaltete Ölabscheideelemente vorhanden sind, denen stromaufwärts jeweils ein Regelelement vorgeschaltet ist, das in Abhängigkeit von der Größe des ihm zufließenden Teilstroms das nachgeschaltete Olabscheideelement regelt, also öffnet oder schließt oder teilweise öffnet. Bei dieser Ausgestaltung ist pro Olabscheideelement ein Regelelement nötig, das allerdings wegen der aufzunehmenden geringeren Teilstrommenge in den meisten Fällen kleiner gegenüber der ersten Ausgestaltung ausführbar ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß bei der letztgenannten Ausführung ein zusätzliches gemeinsames Regelelement vor die übrigen Regelelemente vorgeschaltet ist, das den Volumenstrom der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in Abhängigkeit von dessen Größe auf entsprechend viele Teilvolumenströme aufteilt. Dabei ist das gemeinsame Regelelement in geeigneter Weise, z.B. durch elektrische Regelsignalleitungen, mit den nachgeschalteten mehreren Regelelementen so verbunden, daß Regelbefehle von dem gemeinsamen Regelelement zu den nachgeschalteten Regelelementen weiterleitbar sind und insbesondere Regelsignale zum Öffnen oder Schließen weitergeleitet werden können.
In einer weiteren Alternative ist vorgesehen, daß mindestens zwei parallel geschaltete Ölabscheideelemente vorhanden sind, die jeweils von einem Teilstrom durchström- bar sind, wobei dessen Größe durch jeweils ein dem Olabscheideelement zugeordnetes Regelelement regelbar ist, das strömungsmäßig parallel zu dem Olabscheideelement angeordnet ist. Bei dieser Anordnung ist die Anzahl der Regelelemente wiederum gleich der Anzahl der Ölabscheideelemente, jedoch werden diese nicht voll von den Teilströmen durchströmt, wodurch in manchen Fällen eine kleinere Bauweise möglich ist.
Weiterhin wird noch in einer weiteren Alternative vorgeschlagen, daß mindestens zwei in Reihe geschaltete Ölabscheideelemente vorhanden sind, denen stromaufwärts jeweils ein Regelelement vorgeschaltet ist, wobei jedes Regelelement in Abhängigkeit von dem ihm zufließenden Volumenstrom diesen in zwei Teilströme aufteilt, von denen der eine Teilstrom dem Regelelement vor dem nachgeschalteten Olabscheideelement zufließt und der andere Teil- strom in eine Umgehungsleitung fließt, die an dem nachgeschalteten Olabscheideelement vorbeiführt. Bei der letztgenannten Ausführung kann ein zu großer Volumenstrom an den Ölabscheideelementen vorbeigeleitet werden, wenn das bei manchen Betriebszuständen zulässig oder gewünscht ist.
Für alle vorstehend erläuterten Ausführungen der Vorrichtung kann in einer ersten, einfachen Ausführung das Re- gelelement ein passives Element sein, das unmittelbar über den Volumenstrom oder über eine von diesem ausgeübte Kraft betätigbar ist. Hierdurch wird einerseits eine einfache und kostengünstige Bauweise und andererseits eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb erreicht.
Alternativ kann das Regelelement ein aktives Element sein, das nach Maßgabe eines durch Messung des Volumen- stro s gewonnenen Regelsignals betätigbar ist. Diese Ausführung erfordert zwar einen etwas höheren technischen Aufwand, erlaubt aber eine genauere Regelung und ermöglicht einen stärkeren Einfluß z.B. auf den Verlauf von Regel-Kennlinien.
Hinsichtlich der zuvor erwähnten Messung des Volumen- stroms sieht eine erste Weiterbildung der Vorrichtung vor, daß eine Meßeinrichtung zur Messung des Volumenstroms einen von einem elektrischen Strom durchflossenen Heißdraht umfaßt und daß das Regelelement elektrisch betätigbar ist. Vorteilhaft erfolgt hier sowohl die Messung des Volumenstroms als auch die Betätigung des Regelelements elektrisch, so daß eine einfache Umwandlung von Meßsignalen in Regelsignalen auf rein elektrischem Weg möglich ist.
Eine alternative Ausgestaltung schlägt vor, daß eine Meßeinrichtung zur Messung des Volumenstroms einen Venturi- Druckaufnehmer umfaßt und daß das Regelelement mechanisch, vorzugsweise über eine auf einen Ventilstößel des Regelelements einwirkende Membran, betätigbar ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß sowohl die Messung als auch die Betätigung des Regelelements auf rein mechanischem Wege erfolgt, so daß eine Umwandlung von mechanischen Meßwerten in elektrische Signale oder umgekehrt von elektrischen Signalen in mechanische Stellgrößen nicht nötig ist. Um die Vorrichtung kompakt und übersichtlich sowie montagefreundlich zu halten, ist bevorzugt vorgesehen, daß das Regelelement jeweils unmittelbar im Gaseinlaß des zugehörigen Olabscheideelements angeordnet ist und daß mittels des Regelelements der Einlaßquerschnitt des Olabscheideelements zwischen einer Offen- und Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, veränderbar ist.
Eine gleichwirkende, alternative Ausführung der Vorrichtung schlägt vor, daß das Regelelement jeweils unmittelbar im Gasauslaß des zugehörigen Olabscheideelements angeordnet ist und daß mittels des Regelelements der Gasauslaßquerschnitt des Olabscheideelements zwischen einer Offen- und Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, veränderbar ist.
Um bei der zuletzt beschriebenen Ausführung der Vorrichtung zu vermeiden, daß bei geschlossenem Gasauslaß gereinigtes Gas in unerwünschter Weise durch einen Ölaus- laß des Olabscheideelements entweicht, ist weiterhin vorgesehen, daß zusätzlich zum Regelelement jeweils unmittelbar im Ölauslaß des zugehörigen Olabscheideelements ein Zusatz-Regelelement angeordnet ist, daß mittels des Zusatz-Regelelements der Ölauslaßquerschnitt des Olabscheideelements zwischen einer Offen- und Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, veränderbar ist und daß das Regelelement und das Zusatz- Regelelement miteinander gekoppelt gemeinsam verstellbar sind. Diese Kopplung von Regelelement und Zusatz-Regelelement stellt sicher, daß nur bei offenem Gasauslaß auch der Ölauslaß geöffnet ist und daß bei geschlossenem Gasauslaß zugleich auch der Ölauslaß verschlossen ist.
In konkreter Ausgestaltung der gekoppelten Einheit aus Regelelement und Zusatz-Regelelement wird vorgeschlagen, daß das Regelelement und das Zusatz-Regelelement jeweils eine durch Gewichts- oder Federkraft in Schließrichtung vorbelastete Ventilkugel umfassen, wobei die Ventilkugel des Regelelements einen größeren Durchmesser aufweist als die Ventilkugel des Zusatz-Regelelements und wobei die beiden Ventilkugeln durch ein Koppelelement zur gemeinsamen Verstellung miteinander verbunden sind. Hierdurch wird eine gemeinsame und gleichsinnige Bewegung der Ventilkugeln und damit eine gekoppelte Verstellung von Regelelement und Zusatz-Regelelement gewährleistet. In seiner einfachsten Ausführung ist das Koppelelement eine die beiden Ventilkugeln verbindende, dünne und leichtgewichtige Stange, die mit den beiden Ventilkugeln anschaulich eine unsymmetrische Hantel bildet.
Verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung werden nunmehr anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführung,
Figur 2 eine zweite Ausführung,
Figur 3 eine dritte Ausführung,
Figur 4 eine vierte Ausführung und
Figur 5 eine fünfte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, jeweils in Form eines Blockdiagramms,
Figur 6 eine Ausführung der Vorrichtung mit zwei parallel geschalteten Zyklonen als Ölabscheideelemente und mit einem Regelelement, in schematischer Darstellung,
Figur 7 einen Zyklon mit vorgeschaltetem Regelelement als Teil der Vorrichtung aus Figur 6, im Querschnitt und Figur 8 einen Zyklon als Teil der Vorrichtung, im Längsschnitt.
Mit Bezugnahme auf Figur 1 fließt in Pfeilrichtung ein Volumenstrom 2 der Kurbelgehäuseentlüftungsgase zu einem gemeinsamen Regelelement 3', welches den Volumenstrom 2 in bis zu vier Teilströme 21, 22, 23, 24 aufteilt, die jeweils durch ein Ölabscheidelement 1 fließen, worauf sich die Teilströme durch entsprechende Leitungsführung wieder vereinen zu einem entölten Volumenstrom 2, der nach rechts in der Figur 1 in gewohnter Weise abgeleitet wird, z.B. in den Ansaugtrakt der zugehörigen Verbren- nungskraftmaschine. Je nach der aktuellen Größe des ankommenden Volumenstroms 2 werden mehr oder weniger viele von den hier vier zur Verfügung stehenden Ölabscheideele- menten 1 genutzt. Die Teilströme 21 bis 24 müssen natürlich untereinander nicht gleich sein, können es aber bei bestimmten Betriebszuständen der zugehörigen Verbren- nungskraftmaschine sein.
In Figur 2 wird ein Volumenstrom 2 durch Leitungsverzwei- gung in vier Teilströme 21 bis 24 aufgeteilt, wobei jeder Teilstrom durch ein Regelelement 3 fließt und danach durch ein Olabscheideelement 1, worauf die vier entölten Teilströme 21 bis 24 wieder zusammengeführt werden.
In Figur 3 wird ein Volumenstrom 2 wiederum in vier Teilströme 21 bis 24 aufgeteilt, wonach jeder Teilstrom 21 bis 24 unter Aufteilung wiederum in zwei Strömungspfade durch ein parallel geschaltetes Paar von je einem Olabscheideelement 1 und einem Regelelement 3 fließt, wonach die beiden Strömungspfade vereinigt werden und auch die vier Teilströme 21 bis 24 wieder zu einem gemeinsamen entölten Volumenstrom 2 zusammenfließen. In Figur 4 fließt der Volumenstrom 2 zunächst in seiner Gesamtheit durch ein gemeinsames erstes Regelelement 3', um nach dessen Verlassen in vier Teilströme 21 bis 24 aufgeteilt zu werden, wonach jeder Teilstrom durch ein Regelelement 3 fließt und danach durch ein Olabscheideelement 1, worauf die vier Teilströme wieder zu einem gemeinsamen entölten Volumenstrom 2 vereinigt werden. In Figur 4 sind Signalübertragungsmittel 5, z.B. elektrische Regelsignalleitungen, zwischen dem gemeinsamen ersten Regelelement 3' und den vier Regelelementen 3, die Regelsignale übertragen, durch gestrichelte Linien angedeutet. Es ist erkennbar, daß das gemeinsame Regelelement 3' mit jedem einzelnen nachgeschalteten Regelelement 3 durch die Signalübertragungsmittel 5 in Verbindung steht.
Figur 5 zeigt eine Ausführung, bei der der gemeinsame Volumenstrom 2 zunächst in ein Regelelement 3 geleitet wird, worin er in zwei Teilströme aufgeteilt wird. Der eine Teilstrom fließt in der Figur 5 nach unten und dann nach rechts durch eine Umgehungsleitung 4 , berührt also kein Olabscheideelement. Der andere Teilstrom fließt durch ein Olabscheideelement 1 und weiter zu einem nachgeschalteten Regelelement 3 , wobei wiederum eine Aufteilung wie in der ersten Stufe erfolgt. Ein erster Teilstrom fließt in die Umgehungsleitung 4 und der andere Teilstrom durch ein Olabscheideelement 1 und von dort weiter zu einem dritten Regelelement 3. Auch hier erfolgt eine Aufteilung in einen Teilstrom, der in die Umgehungsleitung 4 strömt und einen weiteren Teilstrom, der durch das dritte Olabscheideelement 1 fließt, worauf er dann in die gemeinsame Leitung einfließt, welche den Volumenstrom 2 aufnimmt, in dem auch der Teilstrom enthalten ist, der durch die Umgehungsleitung 4 geflossen ist. In Figur 6 ist in schematischer Darstellung eine Ausführung der Vorrichtung dargestellt, die zwei parallel geschaltete Zyklone als Ölabscheideelemente 1 sowie ein einzelnes Regelelement 3 aufweist. Von der Rohseite, d.h. aus dem Kurbelgehäuse einer hier nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine, kommt ein Volumenstrom 2 aus mit Öltröpfchen belastetem Kurbelgehäusegas. Der Volumenstrom 2 wird aufgeteilt in zwei Teilströme 21, 22. Der erste Teilstrom 21 wird einem ersten, in der Figur 6 oben dargestellten Zyklon 1 durch dessen Gaseinlaß 11 zugeführt. Im Inneren des Zyklons 1 erfolgt in bekannter Weise eine Trennung in Reingas und Öl, wobei das Reingas den Zyklon 1 nach oben durch einen Gasauslaß 12 verläßt, während das abgeschiedene Öl durch den unten vorgesehenen Ölauslaß 13 abfließt.
Da dem ersten Zyklon 1 kein Regelelement vorgeschaltet ist, wird dieser im Betrieb der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine ständig von Gas durchströmt.
Der zweite Zyklon 1 wird mit dem zweiten Teilstrom 22 der Kurbelgehäuseentlüftungsgase beaufschlagt. Diesem Zyklon 1 ist das Regelelement 3 vorgeschaltet, das hier durch ein in Schließrichtung vorbelastetes Kugelventil 31 gebildet ist. Aufgrund der Vorbelastungskraft in Schließrichtung ist bei geringem Volumenstrom 2 das Regelelement 3 geschlossen; erst bei stärkerem Anstieg des Volumenstroms 2 öffnet das Ventil 31 aufgrund des steigenden Volumenstroms, hier des Teilstroms 22, z.B. durch eine von diesem auf die Ventilkugel ausgeübte Kraft. Sobald das Regelelement 3 öffnet, wird parallel zum ersten Zyklon 1 nun auch der zweite Zyklon 1, der in Figur 6 unten dargestellt ist, von einem Teilstrom des Kurbelgehäuseentlüftungsgases durchströmt. Damit arbeitet die Vorrichtung sowohl bei kleinem als auch bei großem Volumenstrom jeweils in einem günstigen Abscheide-Bereich der Zyklone 1. Auch bei dem zweiten, unteren Zyklon 1 gelangt das zu reinigende Gas durch einen Gaseinlaß 11 in den Zyklon 1 hinein. Das gereinigte Gas verläßt nach oben durch einen Gasauslaß 12 den zweiten Zyklon; das abgeschiedene Öl fließt auch hier nach unten in den Ölauslaß 13 und wird, zusammen mit dem im ersten, oberen Zyklon 1 abgeschiedenen Öl vorzugsweise in die Ölwanne der Verbrennungskraft- maschine zurückgeführt.
Hinter den beiden Zyklonen 1 werden die Teilströme 21, 22 wieder zu einem gemeinsamen, nun gereinigten Volumenstrom 2 zusammengeführt und abgeleitet, vorzugsweise in den Ansaugtrakt der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform münden die Olauslässe 13 der Ölabscheideelemente 1 in einen gemeinsamen Ölsammelbehälter , der sich unmittelbar an die Olauslässe 13 anschließt. Dabei ist der Ölsammelbehälter über ein Ventil, ein sogenanntes RücklaufSperrventil, mit dem Kurbelgehäuse verbunden. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Olauslässe 13 der Ölabscheideelemente mit dem Kurbelgehäusedruck beaufschlagt werden. Zum Ab- lassen des gesammelten Öls öffnet das RücklaufSperrventil zeitweise, so daß das Öl ins Kurbelgehäuse abfließen kann. Das RücklaufSperrventil kann auch als Siphon ausgebildet sein. Um einen unerwünschten Gasstrom durch den Ölauslaß 13 desjenigen Olabscheideelements 1, dessen Gaseinlaß oder Gasauslaß über das Regelelement 3 verschlossen ist, zu verhindern, weist dieser Ölauslaß 13 ein Zu- satz-Regelelement 3" auf, das den Ölauslaß 13 gegenüber dem Ölsammelbehälter absperren bzw. öffnen kann.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform münden die Olauslässe 13 von mindestens zwei parallel geschalteten Ölabscheideelementen 1 in jeweils einen eige- nen Ölsammelbehälter, der jeweils über ein RücklaufSperrventil mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist. Hier übernehmen die Rücklaufsperrventile jeweils auch die Funktion des vorstehend genannten Zusatz-Regelements 3''.
Figur 7 der Zeichnung zeigt im Querschnitt ein Ausfüh- rungsbeispiel für einen Zyklon 1 mit einem vorgeschalteten Regelelement 3 in Form eines Ventils 31. Das Ventil 31 ist hier als vorgefertigte Einheit in einen Rohrstutzen, der im Verlauf des Teilstroms 22 zum Gaseinlaß des Zyklons 1 liegt, eingebaut, hier eingepreßt. Mittels einer Feder ist eine Ventilplatte in Schließrichtung vorbelastet. Durch den Teilstrom 22 kann, sofern der Teil- strom 22 ausreichend groß wird, die Ventilplatte vom Ventilsitz gegen die Kraft der Feder abgehoben werden, so daß dann der Teilstrom 22 durch das Regelelement 3 hindurch zum Gaseinlaß 11 des Zyklons 1 gelangt und danach den Zyklon 1 durchströmt. Im Zentrum des Zyklons 1 ist noch ein Teil des Gasauslasses 12 erkennbar.
Figur 8 der Zeichnung schließlich zeigt ein Beispiel für einen Zyklon 1 als Olabscheideelement, bei dem ein Regelelement 3 im Gasauslaß 12 sowie ein Zusatz-Regelelement 3'' im Ölauslaß 13 vorgesehen ist. Das zu reinigende Gas tritt durch den links oben am Zyklon 1 liegenden Gasein- laß 11 in das Innere des Zyklons 1 ein und wird in diesem in eine rotierende Strömung versetzt. Die Öltröpf- chen lagern sich aufgrund der Zentrifugalkraft an der inneren Oberfläche des Zyklons 1 ab und strömen nach unten in Richtung zum Ölauslaß 13. Das von den Öltröpfchen befreite, gereinigte Gas strömt im Zentrum des Zyklons 1 nach oben durch ein zentrales Tauchrohr 12' in Richtung zum Gasauslaß 12.
Das Regelelement 3 im Gasauslaß 12 ist hier durch eine Ventilkugel 32 gebildet, die auf einem am oberen Ende des Tauchrohrs 12 ' angeformten ringförmigen Ventilsitz aufliegt. Im Bereich unmittelbar oberhalb des Ölauslas- ses 13 ist eine zweite Ventilkugel 33 angeordnet, die in ihrer unteren Lage den Ölauslaß 13 verschließt, wie dies in Figur 8 dargestellt ist. Die Ventilkugel 32 des Regelelements 3 und die Ventilkugel 33 des Zusatz-Regelele- ments 3'' sind über ein Koppelelement 34, hier eine geradlinig verlaufende dünne und leichte Stange, mechanisch miteinander verbunden, so daß sie jede Bewegung in Vertikalrichtung gemeinsam ausführen.
In dem hier gezeigten Zustand, in welchem sich die beiden Ventilkugeln 32, 33 in ihrer Schließstellung befinden, findet kein Gasdurchsatz durch den Zyklon 1 statt.
Sobald ein ausreichend großer Volumenstrom am Gaεeinlaß 11 des Zyklons 1 anfällt, wird mittels des dadurch hervorgerufenen Differenzdrucks zwischen dem Inneren des Zyklons 1 und dem Bereich des Gasauslasses 12 oberhalb der Ventilkugel 32 diese nach oben hin angehoben. Hierdurch wird der Gasauslaß 12 für eine Durchströmung durch das gereinigte Gas geöffnet. Durch die Bewegung der Ventilkugel 32 nach oben wird die untere Ventilkugel 33 um den gleichen Weg ebenfalls nach oben bewegt, wodurch der am unteren Ende des Zyklons 1 befindliche Ölauslaß 13 ebenfalls geöffnet wird. Abgeschiedenes Öl kann also durch den Ölauslaß 13 nach unten abströmen.
Damit die Druckdifferenz auch das gewünschte Anheben der Ventilkugeln 32, 33 bewirken kann, ist die obere Ventilkugel 32 mit einem größeren Durchmesser ausgeführt als die untere Ventilkugel 33. Bei gleicher Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Zyklons einerseits und den außerhalb der Ventilkugeln 32, 33 liegenden Bereiche des Zyklons ergibt sich so immer eine resultierende, nach oben gerichtete Kraft, die das Öffnen der Regelelement 3 und 3 ' ' bewirkt.

Claims

Patentansprüche :
Verfahren zur Entölung von Kurbelgehäuseentlüftungs- gasen einer Verbrennungskraftmaschine , wobei ein Olabscheideelement, wie ein Zyklon, von den Kurbelgehäuseentlüftungsgasen durchströmt wird und dabei die darin enthaltenen Öltröpfchen in dem Olabscheideelement abgeschieden werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Volumenstrom (2) der Kurbelgehäuseentlüf- tungsgase in mindestens zwei Teilvolumenströme (21, 22, 23, 24) aufgeteilt wird und mindestens ein Teilvolumenstrom durch mindestens ein Olabscheideelement (1) geleitet wird, wobei die Größe der mindestens zwei Teilvolumenströme (21 bis 24) abhängig von der Größe des Volumenstroms (2) geregelt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen einer Verbrennungskraftmaschine durchströmten Olabscheideelement (1), wie Zyklon, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens zwei parallel geschaltete Ölabscheideelemente (1) vorhanden sind, denen stromaufwärts ein gemeinsames Regelelement (3') vorgeschaltet ist, das den Volumenstrom ( 2 ) der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in Abhängigkeit von dessen Größe in mindestens zwei Teilvolumenströme (21 bis 24) aufteilt und diese den mindestens zwei Ölabscheideele enten (1) zuleitet. NOT FURNISHED UPON FTLING
NO PRESENTADO(A) EN EL MOMENTO DE LA PRESENTACION
NON SOUMIS(E) AU MOMENT DU DEPOT
Teilstrom in eine Umgehungsleitung (4) fließt, die an dem nachgeschalteten Olabscheideelement (1) vorbeiführt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (3) ein passives Element ist, das unmittelbar über den Volumenstrom (2, 21-24) oder über eine von diesem ausgeübte Kraft betätigbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (3) ein aktives Element ist, das nach Maßgabe eines durch Messung des Volumenstroms (2, 21-24) gewonnenen Re- gelsignals betätigbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zur Messung des Volumen- stroms (2, 21-24) einen von einem elektrischen Strom durchflossenen Heißdraht umfaßt und daß das Regelelement (3) elektrisch betätigbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zur Messung des Volumen- stroms (2, 21-24) einen Venturi-Druckaufnehmer umfaßt und daß das Regelelement (3) mechanisch, vorzugsweise über eine auf einen Ventilstößel des Regelelements (3) einwirkende Membran, betätigbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (3) jeweils unmittelbar im Gaseinlaß (11) des zugehörigen Olabscheideelements (1) angeordnet ist und daß mittels des Regelelements (3) der Einlaßquerschnitt des Olabscheideelements (1) zwischen einer Offen- und Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, veränderbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (3) jeweils unmittelbar im Gasauslaß (12) des zugehörigen Olabscheideelements (1) angeordnet ist und daß mittels des Regelelements (3) der Gasauslaßquerschnitt des Olabscheideelements (1) zwischen einer Offen- und Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, veränderbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Regelelement (3) jeweils unmittelbar im Ölauslaß (13) des zugehörigen Olabscheideelements (1) ein Zusatz-Regelelement (3'') angeordnet ist, daß mittels des Zusatz- Regelele ents (3'') der Ölauslaßquerschnitt des Olabscheideelements (1) zwischen einer Offen- und Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, veränderbar ist und daß das Regelelement (3) und das Zusatz-Regelelement (3'') miteinander gekoppelt gemeinsam verstellbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (3) und das Zusatz-Regelelement (3'') jeweils eine durch Gewichts- oder Federkraft in Schließrichtung vorbelastete Ventilkugel (32, 33) umfassen, wobei die Ventilkugel (32) des Regelelements (3) einen größeren Durchmesser aufweist als die Ventilkugel (33) des Zusatz-Regelelements (3'') und wobei die beiden Ventilkugeln (32, 33) durch ein Koppelelement (34) zur gemeinsamen Verstellung miteinander verbunden sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Olauslässe (13) von mindestens zwei parallel geschalteten Ölabscheide- elementen (1) in einen gemeinsamen Ölsammelbehälter münden, der über ein Ventil mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, wobei der Ölauslaß von mindestens einem Olabscheideelement (1) ein Zusatz-Regeleele- ment (3'') aufweist, das den Olauslaßquerschnitt zum Ölsammelbehälter hin zwischen einer Offen- und einer Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, verändert.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Olauslässe (13) von mindestens zwei parallel geschalteten Ölabscheideele- menten (1) jeweils in einen eigenen Ölsammelbehälter münden, der jeweils über ein Ventil mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist.
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