EP1514012B1 - Zentrifugal- labscheider in einem kurbelgeh use einer b rennkraftmaschine - Google Patents

Zentrifugal- labscheider in einem kurbelgeh use einer b rennkraftmaschine Download PDF

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EP1514012B1
EP1514012B1 EP03722543A EP03722543A EP1514012B1 EP 1514012 B1 EP1514012 B1 EP 1514012B1 EP 03722543 A EP03722543 A EP 03722543A EP 03722543 A EP03722543 A EP 03722543A EP 1514012 B1 EP1514012 B1 EP 1514012B1
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EP
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centrifuge
oil separator
shaft
centrifugal oil
housing
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Alexander Berger
Roland NÖLL
Christoph Reckzügel
Timo Schmidt
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Mercedes Benz Group AG
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DaimlerChrysler AG
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal oil separator in a crankcase of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • centrifugal oil separator Such a centrifugal oil separator is described in the document DE 196 07 919 A1.
  • oil particles can be deposited in an oil-air mixture in a crankcase of an internal combustion engine and returned to the oil sump.
  • the centrifugal oil separator uses the principle here of separating and discharging the oil particles by means of centrifugal forces by means of rotation.
  • the oil separator has a centrifuge housing with a separating chamber therein, in which baffles are arranged, on which the oil particles can accumulate. The collected oil is discharged radially, the cleaned air is discharged axially via a discharge channel in the centrifuge shaft.
  • centrifuge housing is usually flanged and screwed in the known oil separators on a shaft driven by the internal combustion engine.
  • the invention is based on the problem of improving the ease of assembly of centrifugal oil separators. In addition, a good rotational ability and long life of the oil separator should be ensured.
  • the centrifugal oil separator according to the invention has a centrifuge housing made of plastic, in which a metal bush is integrated, which is pushed onto the centrifuge shaft.
  • the centrifuge housing and the metal bushing form a prefabricated unit which is to be pushed onto the shaft and connected to it.
  • the metal bushing is able to transmit high holding forces, so that a secure attachment to the centrifuge shaft is possible.
  • the plastic centrifuge housing is characterized by a low weight, which in particular also results in lower centrifugal forces in the housing wall during rotation of the oil separator.
  • the metal bushing can be pushed with a small clearance on the centrifuge shaft; During operation, game-related forces are readily absorbed by the metal bushing, relieving the centrifuge housing of these forces, thereby providing improved rotational capability and longer life.
  • the centrifuge shaft is designed as a separate component which is non-rotatably connected to a rotating shaft of the internal combustion engine - for example, the camshaft, the crankshaft or a balance shaft - is connected.
  • the centrifugal oil separator with the separate centrifuge shaft form a preassembled unit which is prefabricated used in the internal combustion engine and connected thereto. It has proven to be expedient to connect the oil separator with a sprocket, wherein the centrifuge shaft is inserted into a recess in the sprocket, in particular as an interference fit is inserted into the recess. Additional connection measures between the oil separator and the shaft can therefore be dispensed with in principle.
  • an air guiding space can be enclosed in particular air-tight and pressure-tight, which serves for discharging the clean air after the deposition of the oil.
  • the air guide space advantageously encloses annularly the centrifuge shaft, which communicates via radial openings with the air guide space, through which the clean air can escape radially inwardly into an axially extending flow channel in the centrifuge shaft. The clean air can be removed from the oil separator via the axial flow channel.
  • metal bushing is injected into the impeller.
  • a locking ring may be mounted on the shaft.
  • a nut into consideration, which is screwed onto the metal bushing.
  • centrifugal oil separator 1 is rotatably connected to a camshaft 2 of an internal combustion engine and is seated on an end face of a sprocket 3, which is flanged frontally to the camshaft 2 and fixedly coupled thereto.
  • the oil separator 1 comprises a centrifuge housing 4, which is made of plastic, and a metal bushing 5, which is integrated in the centrifuge housing 4 and forms the hub of the centrifuge housing.
  • the oil separator 1 comprises a centrifuge shaft 6, on which the metal bush 5 is pushed.
  • the metal bush 5 is secured both in the circumferential direction and axially against unintentional release of the centrifuge shaft 6.
  • a locking ring 8 is provided, which is insertable into a circumferential groove on the centrifuge shaft 6 and in turn is secured against axial loss.
  • the centrifuge shaft 6 is designed as a separate, independent of the camshaft 2 component.
  • the centrifuge shaft 6 is inserted into an axial recess in the sprocket 3, in particular pushed under pressure, optionally also additional or alternative fastening measures come into consideration.
  • the oil separator 1 On the side facing away from the sprocket 3, the oil separator 1 has a ⁇ labscheiderdeckel 7, which is also seated on the centrifuge shaft 6.
  • the oil separator lid 7 also forms part of the oil separator 1 and, like the centrifuge housing 4, the metal bushing 5 and the centrifuge shaft 6 can be assembled into a prefabricated unit.
  • a separation chamber 10 is formed, which circulates annularly around the metal bushing 5 and in which the radially according to arrow 11 flowing into the housing air-oil mixture is separated into its components oil and air.
  • the inflow of the air-oil mixture via a radial inflow channel 12, which is formed between an end face of the centrifuge housing 4 and the oil separator lid 7.
  • baffles 13 may be located to assist the deposition of the oil.
  • the separated oil is discharged radially according to arrow 14 through outflow openings 15 in the peripheral wall of the centrifuge housing 4.
  • the clean air leaves the separation chamber 10 via axial outflow openings 16 in a side wall of the centrifuge housing 4 facing the sprocket 3 and initially flows into an annular air guidance space 18, which is located in a End face of the sprocket 3 is located and is bounded axially by a wall side of the centrifuge housing 4 and radially inwardly of the centrifuge shaft 6.
  • the air guide chamber 18 is in particular sealed air-tight and pressure-tight relative to the environment. To assist the sealing a sealing ring 19 between the centrifuge housing 4 and sprocket 3 is provided.
  • the centrifuge shaft 6 annularly enclosing air duct 18 communicates via radial bores 20 in the wall of the centrifuge shaft 6 with an axially extending flow channel 21 in the interior of the centrifuge shaft.
  • the clean air is guided from the air guide chamber 18 in the direction of arrow 17 to the radial bores 20 and further through this radially inwardly and axially via the flow channel 21 in the direction of arrow 22 from the oil separator 1.
  • the structure of the oil separator 1 of FIG. 2 corresponds in principle to that of the previous embodiment, but with the difference that for the axial securing of metal bushing 5 and centrifuge housing 4 on the centrifuge shaft 6, a nut 23 is screwed onto the shaft 6.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Zentrifugal-Ölabscheider in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Ein derartiger Zentrifugal-Ölabscheider wird in der Druckschrift DE 196 07 919 A1 beschrieben. Mittels dieses Ölabscheiders können Ölpartikel in einem Öl-Luft-Gemisch in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine abgeschieden und in die Ölwanne zurückgeführt werden. Der Zentrifugal-Ölabscheider nutzt hierbei das Prinzip, durch Rotation die Ölpartikel mit Hilfe von Zentrifugalkräften aus dem Gemisch abzutrennen und abzuleiten. Der Ölabscheider besitzt ein Zentrifugengehäuse mit einem darin liegenden Abscheideraum, in welchem Schikanen angeordnet sind, an denen sich die Ölpartikel anlagern können. Das gesammelte Öl wird radial abgeführt, die gereinigte Luft wird über einen Abströmkanal in der Zentrifugenwelle axial abgeleitet.
  • Grundsätzlich ist bei derartigen Ölabscheidern auf Montagefreundlichkeit sowie einen sicheren Sitz auf der Zentrifugenwelle zu achten. Das Zentrifugengehäuse wird bei den bekannten Ölabscheidern üblicherweise auf eine von der Brennkraftmaschine angetriebene Welle angeflanscht und angeschraubt.
  • Dies erfordert jedoch einen verhältnismäßig hohen Montageaufwand.
  • Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Montagefreundlichkeit von Zentrifugal-Ölabscheidern zu verbessern. Darüber hinaus soll eine gute Rotationsfähigkeit und lange Lebensdauer des Ölabscheiders gewährleistet sein.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Der erfindungsgemäße Zentrifugal-Ölabscheider weist ein aus Kunststoff gefertigtes Zentrifugengehäuse auf, in welches eine Metallbuchse integriert ist, die auf die Zentrifugenwelle aufgeschoben ist. Das Zentrifugengehäuse und die Metallbuchse bilden eine vorgefertigte Einheit, die auf die Welle aufzuschieben und mit dieser zu verbinden ist. Die Metallbuchse ist in der Lage, hohe Haltekräfte zu übertragen, so dass eine sichere Befestigung auf der Zentrifugenwelle möglich ist. Das Zentrifugengehäuse aus Kunststoff zeichnet sich durch ein geringes Gewicht aus, wodurch insbesondere auch geringere Zentrifugalkräfte in der Gehäusewand beim Rotieren des Ölabscheiders entstehen.
  • Für eine erleichterte Montage kann die Metallbuchse mit einem geringen Spiel auf die Zentrifugenwelle aufgeschoben werden; während des Betriebs entstehende, auf das Spiel zurückzuführende Kräfte werden ohne weiteres von der Metallbuchse aufgenommen, das Zentrifugengehäuse wird von diesen Kräften entlastet, wodurch eine verbesserte Rotationsfähigkeit und längere Lebensdauer gewährleistet ist.
  • In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass auch die Zentrifugenwelle als ein separates Bauteil ausgeführt ist, welches drehfest mit einer rotierenden Welle der Brennkraftmaschine - beispielsweise der Nockenwelle, der Kurbelwelle oder einer Ausgleichswelle - verbunden ist. In dieser Ausführung kann der Zentrifugal-Ölabscheider mit der separaten Zentrifugenwelle eine vormontierte Baueinheit bilden, die vorgefertigt in die Brennkraftmaschine eingesetzt und mit dieser verbunden wird. Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Ölabscheider mit einem Kettenrad zu verbinden, wobei die Zentrifugenwelle in eine Ausnehmung im Kettenrad eingesetzt wird, insbesondere als Presspassung in die Ausnehmung eingeschoben wird. Zusätzliche Verbindungsmaßnahmen zwischen Ölabscheider und der Welle können damit grundsätzlich entfallen.
  • Zwischen einer Wandseite des Zentrifugengehäuses und dem Kettenrad kann ein Luftführungsraum insbesondere luft- und druckdicht eingeschlossen sein, welcher zum Ableiten der Reinluft nach dem Abscheiden des Öls dient. Der Luftführungsraum umschließt vorteilhaft ringförmig die Zentrifugenwelle, welche über Radialöffnungen mit dem Luftführungsraum kommuniziert, durch die die Reinluft radial nach innen in einen axial verlaufenden Strömungskanal in der Zentrifugenwelle entweichen kann. Über den axialen Strömungskanal kann die Reinluft aus dem Ölabscheider abgeführt werden.
  • Für eine feste Verbindung zwischen Metallbuchse und Zentrifugengehäuse kann es zweckmäßig sein, dass die Metallbuchse in das Schleuderrad eingespritzt ist.
  • Zum axialen Sichern der Metallbuchse gegen ein unbeabsichtigtes Lösen von der Zentrifugenwelle kann ein Sicherungsring auf der Welle befestigt sein. Gegebenenfalls kommt aber auch eine Nutmutter in Betracht, die auf die Metallbuchse aufgeschraubt wird.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch einen Zentrifugal-Ölabscheider im Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, der auf ein Kettenrad aufgesetzt ist, welches drehfest mit einer Nockenwelle verbunden ist,
    Fig. 2
    eine Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Ölabscheiders, jedoch in einer modifizierten Ausführung.
  • In den folgenden Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Zentrifugal-Ölabscheider 1 ist drehfest mit einer Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine verbunden und sitzt an einer Stirnseite eines Kettenrades 3 auf, welches stirnseitig an die Nockenwelle 2 angeflanscht und fest mit dieser gekoppelt ist. Der Ölabscheider 1 umfasst ein Zentrifugengehäuse 4, welches aus Kunststoff gefertigt ist, sowie eine Metallbuchse 5, die in das Zentrifugengehäuse 4 integriert ist und die Nabe des Zentrifugengehäuses bildet. Des Weiteren umfasst der Ölabscheider 1 eine Zentrifugenwelle 6, auf die die Metallbuchse 5 aufgeschoben ist.
  • Die Metallbuchse 5 ist sowohl in Umfangsrichtung als auch axial gegen ein unbeabsichtigtes Lösen von der Zentrifugenwelle 6 gesichert. Zur axialen Sicherung ist ein Sicherungsring 8 vorgesehen, der in eine umlaufende Nut auf der Zentrifugenwelle 6 einsetzbar ist und dadurch seinerseits gegen axiales Verlieren gesichert ist. Die Mitnahme in Umfangsrichtung erfolgt über ein Formschlusselement 9, welches radial zwischen Zentrifugenwelle 6 und Metallbuchse 5 angeordnet ist.
  • Die Zentrifugenwelle 6 ist als ein separates, von der Nockenwelle 2 unabhängiges Bauteil ausgeführt. Zur Verbindung zwischen Ölabscheider 1 und Nockenwelle 2 ist die Zentrifugenwelle 6 in eine axiale Ausnehmung im Kettenrad 3 eingeschoben, insbesondere unter Druck eingeschoben, wobei gegebenenfalls auch zusätzliche oder alternative Befestigungsmaßnahmen in Betracht kommen.
  • Auf der dem Kettenrad 3 abgewandten Seite weist der Ölabscheider 1 einen Ölabscheiderdeckel 7 auf, welcher ebenfalls auf der Zentrifugenwelle 6 aufsitzt. Der Ölabscheiderdeckel 7 bildet ebenfalls einen Bestandteil des Ölabscheiders 1 und kann ebenso wie das Zentrifugengehäuse 4, die Metallbuchse 5 und die Zentrifugenwelle 6 zu einer vorgefertigten Einheit montiert werden.
  • Im Zentrifugengehäuse 4 ist ein Abscheideraum 10 ausgebildet, welcher ringförmig um die Metallbuchse 5 umläuft und in dem das radial gemäß Pfeil 11 in das Gehäuse einströmende Luft-Öl-Gemisch in seine Bestandteile Öl und Luft separiert wird. Die Einströmung des Luft-Öl-Gemisches erfolgt über einen radialen Zuströmkanal 12, welcher zwischen einer Stirnseite des Zentrifugengehäuses 4 und des Ölabscheiderdeckels 7 ausgebildet ist. Über eine axiale Ringöffnung strömt das Gemisch in den Abscheideraum 10 ein, in welchem sich Schikanen 13 befinden können, die das Abscheiden des Öls unterstützen sollen. Das abgeschiedene Öl wird radial gemäß Pfeil 14 durch Abströmöffnungen 15 in der Umfangswand des Zentrifugengehäuses 4 abgeleitet.
  • Die Reinluft verlässt den Abscheideraum 10 über axiale Abströmöffnungen 16 in einer dem Kettenrad 3 zugewandten Seitenwand des Zentrifugengehäuses 4 und strömt zunächst in einen ringförmigen Luftführungsraum 18, welcher sich in einer stirnseitigen Ausnehmung des Kettenrades 3 befindet und axial von einer Wandseite des Zentrifugengehäuses 4 und radial nach innen von der Zentrifugenwelle 6 begrenzt wird. Der Luftführungsraum 18 ist insbesondere luft- und druckdicht gegenüber der Umgebung abgedichtet. Zur Unterstützung der Abdichtung ist ein Dichtring 19 zwischen Zentrifugengehäuse 4 und Kettenrad 3 vorgesehen.
  • Der die Zentrifugenwelle 6 ringförmig umschließende Luftführungsraum 18 kommuniziert über Radialbohrungen 20 in der Wandung der Zentrifugenwelle 6 mit einem axial verlaufenden Strömungskanal 21 im Inneren der Zentrifugenwelle. Die Reinluft wird aus dem Luftführungsraum 18 in Pfeilrichtung 17 zu den Radialbohrungen 20 und weiter durch diese radial nach innen geführt und axial über den Strömungskanal 21 in Pfeilrichtung 22 aus dem Ölabscheider 1 abgeleitet.
  • Der Aufbau des Ölabscheiders 1 gemäß Fig. 2 entspricht im Grundsatz demjenigen des vorherigen Ausführungsbeispieles, jedoch mit dem Unterschied, dass zur axialen Sicherung von Metallbuchse 5 und Zentrifugengehäuse 4 auf der Zentrifugenwelle 6 eine Nutmutter 23 auf die Welle 6 aufgeschraubt wird.

Claims (10)

  1. Zentrifugal-Ölabscheider in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, mit einem auf eine rotierende Zentrifugenwelle (6) drehfest aufgesetzten Zentrifugengehäuse (4),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zentrifugengehäuse (4) aus Kunststoff gefertigt und in das Zentrifugengehäuse (4) eine Metallbuchse (5) integriert ist, die auf die Zentrifugenwelle (6) aufgeschoben ist.
  2. Zentrifugal-Ölabscheider nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zentrifugenwelle (6) als separates Bauteil ausgeführt ist, das drehfest mit einer rotierenden Welle (2) der Brennkraftmaschine verbunden ist.
  3. Zentrifugal-Ölabscheider nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Zentrifugengehäuse (4) axial an ein Kettenrad (3) angrenzt, welches mit der Welle (2) umläuft.
  4. Zentrifugal-Ölabscheider nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen einer Wandseite des Zentrifugengehäuses (4) und dem Kettenrad (3) ein Luftführungsraum (18) für die Ableitung von Reinluft gebildet ist.
  5. Zentrifugal-Ölabscheider nach Anspruch 2 und 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zentrifugenwelle (6) in eine Ausnehmung im Kettenrad (3) eingesetzt ist.
  6. Zentrifugal-Ölabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zentrifugenwelle (6) Radialbohrungen (20) zur Ableitung von Reinluft aufweist.
  7. Zentrifugal-Ölabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zentrifugenwelle (6) einen axialen Strömungskanal (21) zur Ableitung von Reinluft aufweist.
  8. Zentrifugal-Ölabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Metallbuchse (5) in das Zentrifugengehäuse (4) eingespritzt ist.
  9. Zentrifugal-Ölabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Sicherungsring (8) zum axialen Sichern der Metallbuchse (5) auf der Zentrifugenwelle (6) aufsitzt.
  10. Zentrifugal-Ölabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Nutmutter (23) zum axialen Sichern auf die Zentrifugenwelle (6) aufgeschraubt ist.
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