EP1090210B1 - Verfahren zur entölung von kurbelgehäuseentlüftungsgasen und vorrichtungen zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur entölung von kurbelgehäuseentlüftungsgasen und vorrichtungen zur durchführung des verfahrens Download PDF

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EP1090210B1
EP1090210B1 EP00929385A EP00929385A EP1090210B1 EP 1090210 B1 EP1090210 B1 EP 1090210B1 EP 00929385 A EP00929385 A EP 00929385A EP 00929385 A EP00929385 A EP 00929385A EP 1090210 B1 EP1090210 B1 EP 1090210B1
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EP
European Patent Office
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control element
oil separator
oil
volume flow
flows
Prior art date
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EP00929385A
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English (en)
French (fr)
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EP1090210B2 (de
EP1090210A1 (de
Inventor
Jürgen BUSEN
Sieghard Pietschner
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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
Application granted granted Critical
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Publication of EP1090210B2 publication Critical patent/EP1090210B2/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
    • F01M2013/0038—Layout of crankcase breathing systems
    • 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 of crankcase ventilation gases of an internal combustion engine, being an oil separator such as a Cyclone, through which the crankcase ventilation gases flow and the oil droplets contained in it Oil separating element to be separated.
  • an oil separator such as a Cyclone
  • the invention further relates to a device for carrying it out of the process, with one of crankcase ventilation gases flowed through an internal combustion engine Oil separator, such as a cyclone.
  • Oil separator such as a cyclone
  • a procedure of the type mentioned at the outset is fundamental e.g. known from DE 31 28 470 A.
  • Suitable devices of the method are from the practical Operation from a variety of use cases known.
  • the volume flow of the crankcase ventilation gas is depending on operating parameters, such as load status and Speed, the associated internal combustion engine and from the state of wear of the same. This results in the Operation of an internal combustion engine such a large volume flow range, that this disadvantageously with a single Separator can not be covered because the optimal operating state of the separating element only observed in a small area. In other areas e.g. decreases the separation performance at low volume flows below a desired level or at correspondingly larger volume flows exceed that which arises Differential pressure a still permissible value.
  • crankcase ventilation gases it is therefore the object of the invention to provide a method and a device for de-oiling crankcase ventilation gases to be specified for all company sizes of Internal combustion engine work in the optimal range.
  • the solution of the part of the device Task is carried out with a generic device the characterizing features of claim 2.
  • the device according to the invention is characterized by Means for dividing the volume flow into at least two Partial volume flows, at least two downstream oil separation elements and at least one rule element that in Depending on the size of the volume flow flowing to it regulates at least one of the partial volume flows.
  • This device can be the method specified above practically perform.
  • the at least two downstream oil separating elements are connected in parallel and that the Oil separation elements upstream a common control element is connected upstream, the volume flow of the crankcase ventilation gases depending on its size divided into the at least two partial volume flows and this feeds the at least two oil separating elements.
  • a second embodiment of the device provides that the at least two downstream oil separation elements are connected in parallel and that the oil separating elements upstream each have their own control element is, depending on the size of a partial stream flowing to it Oil separating element regulates.
  • this second embodiment is a separate control element for each oil separator element necessary, but they can each be advantageous because of the smaller partial electricity volumes to be absorbed in in most cases smaller than the first embodiment be executed.
  • the device is intended to be upstream an additional common control element from the control elements is present, which is the volume flow of the crankcase ventilation gases depending on its size divided into the at least two partial volume flows and this the at least two downstream control elements passes, with control commands from the common control element feedable to the downstream control elements are.
  • the common control element is more suitable here Manner, e.g. through electrical control signal lines, with connected to the downstream several control elements in such a way that control commands from the common control element too the downstream control elements can be forwarded and in particular control signals for opening or closing can be forwarded.
  • the device strikes the invention that the at least two downstream Oil separator elements are connected in parallel and that the oil separating elements each have a flow control element is connected in parallel, the oil separating elements each flow through one of the partial flows are, the size of each by the assigned control element is adjustable.
  • the number is the control elements equal to the number of oil separator elements; the control elements are advantageous here but not fully flowed through by the partial flows, whereby in some cases an even smaller construction of the control elements is possible.
  • Another embodiment of the device according to the invention is characterized in that the at least two downstream oil separator elements connected in series are and that the oil separating elements upstream respectively a control element is connected upstream, each control element depending on the volume flow flowing to it divides it into two sub-streams, one of which in each case one partial stream downstream of the control element Oil separating element flows in and each other substream flows into a bypass line that is on passes the downstream oil separator. at this version of the device can have a too large volume flow bypassed the oil separators if this is permitted in some operating conditions or is desired.
  • control element be a passive element that is immediate over the volume flow or over one exerted by this Force can be actuated. This will on the one hand simple and inexpensive construction and on the other hand achieved high reliability in operation.
  • control element can be an active element be that according to a by measuring the volume flow obtained control signal is actuated. This execution requires a slightly higher technical level Effort, but allows a more precise regulation and enables a stronger influence e.g. on the course of Generally characteristics.
  • a measuring device a Venturi pressure sensor to measure the volume flow comprises and that the control element mechanically, preferably via a valve tappet Control element acting membrane, is actuated.
  • This Execution has the advantage that both the measurement and. also the actuation of the control element on a purely mechanical basis Paths are made so that a conversion from mechanical Measured values in electrical signals or vice versa from electrical signals to mechanical manipulated variables is not necessary.
  • control element directly in the gas inlet of the associated oil separator is arranged and that by means of the control element, the inlet cross section of the oil separating element between an open and a closed position, preferably continuously or in several stages, is changeable.
  • control element be immediate arranged in the gas outlet of the associated oil separating element and that by means of the control element, the gas outlet cross section of the oil separating element between one Open and closed position, preferably continuously or in several stages, is changeable.
  • control element and additional control element each one by weight or spring force in the closing direction include preloaded valve ball, the valve ball of the control element has a larger diameter than the valve ball of the additional control element and where the two valve balls through a coupling element for common Adjustment are interconnected. hereby becomes a common and like-minded movement the valve balls and thus a coupled adjustment guaranteed by control element and additional control element.
  • the coupling element is in its simplest design a thin and connecting the two valve balls lightweight rod with the two valve balls vividly forms an asymmetrical dumbbell.
  • a volume flow 2 is again in four sub-flows 21 to 24 divided, after which each partial stream 21 to 24 again divided into two flow paths by a pair of oil separators connected in parallel 1 and a control element 3 flows, after which the two flow paths are combined and also the four partial streams 21 to 24 again to a common de-oiled volume flow 2 flow together.
  • the volume flow 2 initially flows in its Entirety through a common first control element 3 ', after leaving it into four sub-streams 21 to 24 to be divided, after which each partial stream is divided by a Control element 3 flows and then through an oil separator 1, whereupon the four sub-streams become one again common de-oiled volume flow 2 are combined.
  • signal transmission means 5 e.g. electrical Control signal lines, between the common first Control element 3 'and the four control elements 3, the Control signals transmitted, indicated by dashed lines. It can be seen that the common control element 3 'with each individual downstream control element 3 through the signal transmission means 5 in connection stands.
  • Figure 5 shows an embodiment in which the common Volume flow 2 first passed into a control element 3 in which it is divided into two sub-streams.
  • the a partial flow flows down in FIG. 5 and then to the right through a bypass line 4, so touches no oil separator.
  • the other partial flow flows through an oil separating element 1 and further to a downstream one Control element 3, again a division as done in the first stage.
  • a first partial flow flows into the bypass line 4 and the other Partial flow through an oil separator 1 and from there continue to a third control element 3.
  • FIG. 6 An embodiment is shown in a schematic representation in FIG shown the device, the two connected in parallel Cyclones as oil separators 1 and one has individual control element 3.
  • the volume flow 2 is divided into two partial streams 21, 22.
  • the first partial stream 21 becomes a first one, in FIG. 6 Cyclone 1 shown above through its gas inlet 11 fed.
  • the clean gas leaves the cyclone 1 upwards through a gas outlet 12, while the oil separated by the one provided below Oil outlet 13 flows off.
  • the second cyclone 1 is connected to the second partial stream 22 the crankcase ventilation gases.
  • This Cyclone 1 is the control element 3 upstream, which here by a ball valve preloaded in the closing direction 31 is formed. Due to the preload in Closing direction at low volume flow 2 is the control element 3 closed; only when the Volume flow 2 opens the valve 31 due to the increasing Volume flow, here of partial flow 22, e.g. by a force exerted by the latter on the valve ball.
  • the control element 3 becomes parallel to the first Cyclone 1 now also the second cyclone 1, which is shown in FIG shown below, from a partial flow of the crankcase ventilation gas flows through. This is how she works Device for both small and large volume flow each in a favorable separation area the cyclones 1.
  • the Oil outlets 13 of the oil separating elements 1 in a common Oil collection container which is located directly on the oil outlets 13 connects.
  • the oil reservoir via a valve, a so-called anti-return valve, connected to the crankcase. That way avoided that the oil outlets 13 of the oil separating elements be subjected to the crankcase pressure.
  • the anti-return valve can also be designed as a siphon his.
  • the gas inlet or gas outlet closed via the control element 3 is to prevent, this oil outlet 13 has an additional control element 3 '' on opposite the oil outlet 13 can shut off or open the oil reservoir.
  • FIG. 7 of the drawing shows an exemplary embodiment in cross section for 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 in the course of the partial flow 22 to the gas inlet of the Cyclones 1 is installed, pressed in here.
  • the spring is preloaded on a valve plate in the closing direction. Through the partial flow 22, if the partial flow 22 is sufficiently large, the valve plate from Valve seat can be lifted against the force of the spring, so that the partial flow 22 through the control element 3 through to the gas inlet 11 of the cyclone 1 and then flows through the cyclone 1. At the center of the cyclone 1 part of the gas outlet 12 can still be seen.
  • Figure 8 of the drawing shows an example of a cyclone 1 as an oil separator, in which a control element 3 in the gas outlet 12 and an additional control element 3 '' is provided in the oil outlet 13.
  • the gas to be cleaned passes through the gas inlet at the top left of cyclone 1 11 inside the cyclone 1 and is in this set in a rotating flow.
  • the control element 3 in the gas outlet 12 is here by a Valve ball 32 formed on one at the top of the dip tube 12 'molded annular valve seat rests.
  • a second valve ball 33 is arranged, which in their lower position closes the oil outlet 13, like this is shown in Figure 8.
  • the valve ball 32 of the control element 3 and the valve ball 33 of the additional control element 3 '' are straight through a coupling element 34 running thin and light rod, mechanical interconnected so that they can move in Carry out vertical direction together.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entölung von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Ölabscheideelement, wie ein Zyklon, von den Kurbelgehäuseentlüftungsgasen durchströmt wird und dabei die darin enthaltenen Öltröpfchen in dem Ölabscheideelement abgeschieden werden.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen einer Verbrennungskraftmaschine durchströmten Ölabscheideelement, wie Zyklon.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist grundsätzlich z.B. aus DE 31 28 470 A bekannt. Zur Durchführung des Verfahrens geeignete 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-Gases, 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 einzigen Abscheideelement nicht abgedeckt werden kann, denn der optimale Betriebszustand des Abscheideelementes 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 eine Vorrichtung zur Entölung von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen anzugeben, die bei allen Betriebsgrößen der Verbrennungskraftmaschine im optimalen Bereich arbeiten.
Die Lösung des das Verfahren bereffenden Teils der Aufgabe erfolgt mit einem gattungsgemäßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
  • daß der Volumenstrom der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in mindestens zwei Teilvolumenströme aufgeteilt wird,
  • daß der Volumenstrom nach der Teilung durch mindestens zwei Ölabscheideelemente geleitet wird und
  • daß 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 Abscheideelement 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. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also vorteilhaft erreicht, daß die Abscheideleistung und der Differenzdruck immer im optimalen Bereich gehalten werden können, auch bei extremen Betriebszuständen, wie Schubbetrieb und/oder starkem Verschleiß, der Verbrennungskraftmaschine.
Die Lösung des die Vorrichtung betreffenden Teils der Aufgabe erfolgt mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 2. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch Mittel zur Teilung des Volumenstroms in mindestens zwei Teilvolumenströme, mindestens zwei nachgeschaltete Ölabscheideelemente und mindestens ein Regelelement, das in Abhängigkeit von der Größe des ihm zufließenden Volumenstroms mindestens einen der Teilvolumenströme regelt. Mit dieser Vorrichtung läßt sich das zuvor angegebene Verfahren praktisch durchführen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß die mindestens zwei nachgeschalteten Ölabscheideelemente parallel geschaltet sind und daß den Ölabscheideelementen stromaufwärts ein gemeinsames Regelelement vorgeschaltet ist, das den Volumenstrom der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in Abhängigkeit von dessen Gröβe in die mindestens zwei Teilvolumenströme aufteilt und diese den mindestens zwei Ölabscheideelementen zuleitet.
Der Vorteil dieser Lösung mit einem einzigen gemeinsamen Regelelement liegt in dem relativ einfachen Aufbau.
Eine zweite Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß die mindestens zwei nachgeschalteten Ölabscheideelemente parallel geschaltet sind und daß den Ölabscheideelementen stromaufwärts jeweils ein eigenes Regelelement vorgeschaltet ist, das jeweils in Abhängigkeit von der Größe eines ihm zufließenden Teilstroms das nachgeschaltete Ölabscheideelement regelt. Bei dieser zweiten Ausgestaltung ist zwar pro Ölabscheideelement ein eigenes Regelelement nötig, jedoch können diese jeweils vorteilhaft wegen der geringeren aufzunehmenden Teilstrommengen in den meisten Fällen kleiner gegenüber der ersten Ausgestaltung ausgeführt sein.
Für eine Weiterbildung der zuvor angegebenen Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß stromaufwärts von den Regelelementen ein zusätzliches gemeinsames Regelelement vorhanden ist, das den Volumenstrom der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in Abhängigkeit von dessen Gröβe in die mindestens zwei Teilvolumenströme aufteilt und diese den mindestens zwei nachgeschalteten Regelelementen zuleitet, wobei Regelbefehle von dem gemeinsamen Regelelement den nachgeschalteten Regelelementen zuleitbar sind. Hier 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 Ausgestaltung der Vorrichtung schlägt die Erfindung vor, daß die mindestens zwei nachgeschalteten Ölabscheideelemente parallel geschaltet sind und daß den Ölabscheideelementen jeweils ein Regelelement strömungsmäßig parallelgeschaltet ist, wobei die Ölabscheideelemente jeweils von einem der Teilströme durchströmbar sind, dessen Größe jeweils durch das zugeordnete Regelelement regelbar ist. Bei dieser Ausführung ist die Anzahl der Regelelemente gleich der Anzahl der Ölabscheideelemente; die Regelelemente werden hier vorteilhaft aber nicht voll von den Teilströmen durchströmt, wodurch in manchen Fällen eine noch kleinere Bauweise der Regelelemente möglich ist.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei nachgeschalteten Ölabscheideelemente in Reihe geschaltet sind und daß den Ölabscheideelementen stromaufwärts jeweils ein Regelelement vorgeschaltet ist, wobei jedes Regelelement in Abhängigkeit von dem ihm zufließenden Volumenstrom diesen in zwei Teilströme aufteilt, von denen jeweils der eine Teilstrom dem dem Regelelement nachgeschalteten Ölabscheideelement zufließt und jeweils der andere Teilstrom in eine Umgehungsleitung fließt, die an dem nachgeschalteten Ölabscheideelement vorbeiführt. Bei dieser Ausführung der Vorrichtung 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 Regelelement 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 Volumenstroms 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 Volumenstroms 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 Ölabscheideelements angeordnet ist und daß mittels des Regelelements der Einlaßquerschnitt des Ölabscheideelements 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 Ölabscheideelements angeordnet ist und daß mittels des Regelelements der Gasauslaßquerschnitt des Ölabscheideelements 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 Ölauslaß des Ölabscheideelements entweicht, ist weiterhin vorgesehen, daß zusätzlich zum Regelelement jeweils unmittelbar im Ölauslaß des zugehörigen Ölabscheideelements ein Zusatz-Regelelement angeordnet ist, daß mittels des Zusatz-Regelelements der Ölauslaßquerschnitt des Ölabscheideelements 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 Verbrennungskraftmaschine. Je nach der aktuellen Größe des ankommenden Volumenstroms 2 werden mehr oder weniger viele von den hier vier zur Verfügung stehenden Ölabscheideelementen 1 genutzt. Die Teilströme 21 bis 24 müssen natürlich untereinander nicht gleich sein, können es aber bei bestimmten Betriebszuständen der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine sein.
In Figur 2 wird ein Volumenstrom 2 durch Leitungsverzweigung in vier Teilströme 21 bis 24 aufgeteilt, wobei jeder Teilstrom durch ein Regelelement 3 fließt und danach durch ein Ölabscheideelement 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 Ölabscheideelement 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 Ölabscheideelement 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 Ölabscheideelement. Der andere Teilstrom fließt durch ein Ölabscheideelement 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 Ölabscheideelement 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 Ölabscheideelement 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 Verbrennungskraftmaschine 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 Ölauslässe 13 der Ölabscheideelemente 1 in einen gemeinsamen Ölsammelbehälter, der sich unmittelbar an die Ölauslässe 13 anschließt. Dabei ist der Ölsammelbehälter über ein Ventil, ein sogenanntes Rücklaufsperrventil, mit dem Kurbelgehäuse verbunden. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Ölauslässe 13 der Ölabscheideelemente mit dem Kurbelgehäusedruck beaufschlagt werden. Zum Ablassen 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 Ölabscheideelements 1, dessen Gaseinlaß oder Gasauslaß über das Regelelement 3 verschlossen ist, zu verhindern, weist dieser Ölauslaß 13 ein Zusatz-Regelelement 3'' auf, das den Ölauslaß 13 gegenüber dem Ölsammelbehälter absperren bzw. öffnen kann.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform münden die Ölauslässe 13 von mindestens zwei parallel geschalteten Ölabscheideelementen 1 in jeweils einen eigenen 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 Ausführungsbeispiel 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 Teilstrom 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 Ölabscheideelement, 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 Gaseinlaß 11 in das Innere des Zyklons 1 ein und wird in diesem in eine rotierende Strömung versetzt. Die Öltröpfchen 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 Ölauslasses 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-Regelelements 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 Gaseinlaß 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 (17)

  1. 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 in dem Ölabscheideelement (1) abgeschieden werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Volumenstrom (2) der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in mindestens zwei Teilvolumenströme (21, 22, 23, 24) aufgeteilt wird,
    daß der Volumenstrom (2) nach der Teilung durch mindestens zwei Ölabscheideelemente (1) geleitet wird und
    daß die Größe der mindestens zwei Teilvolumenströme (21 bis 24) abhängig von der Größe des Volumenstroms (2) geregelt wird.
  2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem von Kurbelgehäuseentlüftungsgasen einer Verbrennungskraftmaschine durchströmten Ölabscheideelement (1), wie Zyklon,
    gekennzeichnet durch
    Mittel zur Teilung des Volumenstroms (2) in mindestens zwei Teilvolumenströme (21, 22, 23, 24),
    mindestens zwei nachgeschaltete Ölabscheideelemente (1) und
    mindestens ein Regelelement (3, 3'), das in Abhängigkeit von der Größe des ihm zufließenden Volumenstroms (2) mindestens einen der Teilvolumenströme (21, 22, 23, 24) regelt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die mindestens zwei nachgeschalteten Ölabscheideelemente (1) parallel geschaltet sind und
    daß den Ölabscheideelementen (1) stromaufwärts ein gemeinsames Regelelement (3') vorgeschaltet ist, das den Volumenstrom (2) der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in Abhängigkeit von dessen Größe in die mindestens zwei Teilvolumenströme (21 bis 24) aufteilt und diese den mindestens zwei Ölabscheideelementen (1) zuleitet.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die mindestens zwei nachgeschalteten Ölabscheideelemente (1) parallel geschaltet sind und
    daß den Ölabscheideelementen (1) stromaufwärts jeweils ein eigenes Regelelement (3) vorgeschaltet ist, das jeweils in Abhängigkeit von der Größe eines ihm zufließenden Teilstroms (21 bis 24) das nachgeschaltete Ölabscheideelement (1) regelt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß stromaufwärts von den Regelelementen (3) ein zusätzliches gemeinsames Regelelement (3') vorhanden ist, das den Volumenstrom (2) der Kurbelgehäuseentlüftungsgase in Abhängigkeit von dessen Größe in die mindestens zwei Teilvolumenströme (21 bis 24) aufteilt und diese den mindestens zwei nachgeschalteten Regelelementen (3) zuleitet, wobei Regelbefehle von dem gemeinsamen Regelelement (3') den nachgeschalteten Regelelementen (3) zuleitbar sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die mindestens zwei nachgeschalteten Ölabscheideelemente (1) parallel geschaltet sind und
    daß den Ölabscheideelementen (1) jeweils ein Regelelement (3) strömungsmäßig parallelgeschaltet ist, wobei die Ölabscheideelemente (1) jeweils von einem der Teilströme (21 bis 24) durchströmbar sind, dessen Größe jeweils durch das zugeordnete Regelelement (3) regelbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die mindestens zwei nachgeschalteten Ölabscheideelemente (1) in Reihe geschaltet sind und
    daß den Ölabscheideelementen (1) stromaufwärts jeweils ein Regelelement (3) vorgeschaltet ist, wobei jedes Regelelement (3) in Abhängigkeit von dem ihm zufließenden Volumenstrom diesen in zwei Teilströme aufteilt, von denen jeweils der eine Teilstrom dem dem Regelelement (3) nachgeschalteten Ölabscheideelement (1) zufließt und jeweils der andere Teilstrom in eine Umgehungsleitung (4) fließt, die an dem nachgeschalteten Ölabscheideelement (1) vorbeiführt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (3) ein passives Element ist, das unmittelbar über den Volumenstrom (2, 21 bis 24) oder über eine von diesem ausgeübte Kraft betätigbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (3) ein aktives Element ist, das nach Maßgabe eines durch Messung des Volumenstroms (2, 21 bis 24) gewonnenen Regelsignals betätigbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zur Messung des Volumenstroms (2, 21 bis 24) einen von einem elektrischen Strom durchflossenen Heißdraht umfaßt und daß das Regelelement (3) elektrisch betätigbar ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zur Messung des Volumenstroms (2, 21 bis 24) einen Venturi-Druckaufnehmer umfaßt und daß das Regelelement (3) mechanisch, vorzugsweise über eine auf einen Ventilstößel des Regelelements (3) einwirkende Membran, betätigbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (3) jeweils unmittelbar im Gaseinlaß (11) des zugehörigen Ölabscheideelements (1) angeordnet ist und daß mittels des Regelelements (3) der Einlaßquerschnitt des Ölabscheideelements (1) zwischen einer Offen- und Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, veränderbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement (3) jeweils unmittelbar im Gasauslaß (12) des zugehörigen Ölabscheideelements (1) angeordnet ist und daß mittels des Regelelements (3) der Gasauslaßquerschnitt des Ölabscheideelements (1) zwischen einer Offen- und Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, veränderbar ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Regelelement (3) jeweils unmittelbar in einem Ölauslaß (13) des zugehörigen Ölabscheideelements (1) ein Zusatz-Regelelement (3'') angeordnet ist, daß mittels des Zusatz-Regelelements (3'') der ölauslaßquerschnitt des Ölabscheideelements (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.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, 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.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölauslässe (13) von mindestens zwei parallel geschalteten Ölabscheideelementen (1) in einen gemeinsamen Ölsammelbehälter münden, der über ein Ventil mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist, wobei der Ölauslaß von mindestens einem Ölabscheideelement (1) ein Zusatz-Regelelement (3'') aufweist, das den Ölauslaßquerschnitt zum Ölsammelbehälter hin zwischen einer Offen- und einer Schließstellung, vorzugsweise stufenlos oder in mehreren Stufen, verändert.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölauslässe (13) von mindestens zwei parallel geschalteten Ölabscheideelementen (1) jeweils in einen eigenen Ölsammelbehälter münden, der jeweils über ein Ventil mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist.
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