EP1880085A1 - In eine axial hohle welle eines verbrennungsmotors integrierte zentrifugal-ölnebelabscheidereinrichtung - Google Patents

In eine axial hohle welle eines verbrennungsmotors integrierte zentrifugal-ölnebelabscheidereinrichtung

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EP1880085A1
EP1880085A1 EP06722839A EP06722839A EP1880085A1 EP 1880085 A1 EP1880085 A1 EP 1880085A1 EP 06722839 A EP06722839 A EP 06722839A EP 06722839 A EP06722839 A EP 06722839A EP 1880085 A1 EP1880085 A1 EP 1880085A1
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EP
European Patent Office
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oil mist
separator
oil
camshaft
shaft
Prior art date
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EP06722839A
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EP1880085B1 (de
EP1880085B2 (de
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Klaus Beetz
Andreas Enderich
Hartmut Sauter
Torsten Schellhase
Jürgen Stehlig
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Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L2810/02—Lubrication
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    • 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

  • Centrifugal oil mist separator integrated in an axially hollow shaft of an internal combustion engine
  • the invention relates to a, in an axially hollow, in particular a camshaft, an internal combustion engine integrated Zentrifugal- ⁇ lnebelabscheider founded.
  • an axially hollow camshaft which is provided at one end with a ⁇ labscheider founded located circumferentially outside the camshaft.
  • This oil separator consists of a first annular channel with an annular gap which is radially inwardly open at one of its axial ends and a radially substantially closed annular channel wall which is axially opposite this annular gap. Substantially closed means that this wall is provided with axial openings.
  • the abovementioned axial openings are in fluid communication with the axial cavity of the camshaft via radial openings in the circumferential wall of the camshaft.
  • the first annular channel provided with a radially inner, axial opening gap is located in the latter outer circumferential surface provided, leading radially outward oil drainage holes.
  • Oil mist is sucked by a pressure applied to the cavity of the camshaft vacuum through the radially inner, axial gap of the first annular channel.
  • a liquid fraction contained in the oil mist flows radially outwards due to centrifugal forces and leaves this annular channel through the drainage openings leading radially outward there.
  • a usually remaining proportion of the oil mist stream passes through the axial openings in the radially substantially closed wall of the first annular channel via the second annular channel in the cavity of the camshaft, from where this gas stream leaves the camshaft axially.
  • An oil separation within the axial cavity of the camshaft is not provided in that device.
  • a hollow camshaft with an integrated oil mist separator is known in which the oil separation takes place within the cavity of the camshaft.
  • the oil mist stream enters the cavity through a swirl generator at one axial end of the camshaft and exits the camshaft at an opposite end.
  • a dip tube engages axially into the interior of the cavity of the camshaft to from there after remaining the separation of the liquid phase Dissipate gas stream.
  • the liquid fraction separated from the oil mist stream also leaves the camshaft at this opposite end via an annular gap between the aforementioned dip tube and the inner wall of the camshaft cavity.
  • US 4,651,705 discloses a hollow camshaft in which oil separation occurs centrifugally within the camshaft cavity.
  • radial bores are provided over the length distributed.
  • liquid oil also leaves the camshaft cavity via radial bores, also with a distribution of these bores over the length of the camshaft.
  • the camshaft cavity is provided with a profiled inner circumferential surface such that those radial bores that lead oil mist radially inward, lie in inner wall areas with a smaller diameter than those radial bores, from which oil is discharged radially outward.
  • the portion of the oil mist stream which remains after liquid separation leaves the camshaft cavity at one axial end of the camshaft via a throttle opening provided there.
  • this device is missing a centrifugal pre-separator outside the cavity of the camshaft on the one hand and on the other hand, no swirl generator for the there flowing through the oil mist stream is provided in this device in the cavity of the camshaft.
  • the oil separation takes place from an oil mist in an oil mist pre-separator in an outer circumferential region of the camshaft.
  • the oil mist pre-separator operates on a similar principle as that according to DE 102 26 695 Al.
  • the cavity of the camshaft serves only for a discharge of that part of the oil mist stream introduced into the pre-separator which is freed of liquid fractions separated in the pre-separator.
  • the invention is primarily concerned with the problem of improving the effectiveness of a Zentrifugal- ⁇ lnebelabscheider situated in an axially hollow shaft of an internal combustion engine over the previously known prior art.
  • the invention is based on the general idea to provide a centrifugal oil mist separator with an integration in a hollow shaft of an internal combustion engine, in which a pre-separation in an outer region firmly connected to the shaft with a Nachgezie- The final separation within the wave cavity is combined.
  • the pre-separator serves to separate the liquid oil fraction, which is present in relatively large oil droplets, while the fine oil mist droplets are deposited in the region of the final separation.
  • a swirl is imposed on the oil mist stream within the wave cavity by means of a swirl generator.
  • the swirl generator is located in an axial region of the shaft cavity of the ⁇ lnebeleintrittsbe 1 "I is relatively closely adjacent. Downstream of the swirl generator is to be a flow length exist, the possible approximately equal to ten times the flow cross-section, in which the swirl generator within the shaft cavity located.
  • an axial force component sets up which promotes separated oil in the direction of the wide end of the conical jacket.
  • This conveying effect can be enhanced by a corresponding, screw conveyor-like design of the inner surface of the conical jacket.
  • the screw conveyor windings are to be aligned such that during a rotation of the shaft. indeed, a corresponding promotion effect can occur.
  • a radial discharge channel is provided according to the invention for draining liquid oil deposited by gravity. From this drainage channel can this oil only emerge in the open state of a provided within this channel closure valve.
  • This closure valve is advantageously designed as a gravity valve that can automatically open under gravity accumulated oil. By means of such a gravity valve, separated oil is not discharged continuously but discontinuously, namely whenever sufficient separated liquid oil has accumulated to open the gravity valve.
  • Another problem with which the invention is concerned is to form an oil mist separator of a motor vehicle internal combustion engine as simple as possible with a simultaneously good efficiency as an axial cyclone. This problem is solved essentially already by an embodiment of such an axial cyclone according to patent claim 7.
  • This aspect of the invention is based on the general idea of providing an axial cyclone completely free of integration from other functional elements in or on the internal combustion engine in a region which offers sufficient space for this purpose.
  • This area can basically be inside or outside the motor housing.
  • Within the motor housing means in the aforementioned sense within a space acted upon by the crankcase gases, in which the oil mist is present, which is sealed to the outside.
  • the Axialzyklon as ⁇ lnebelabscheider consists essentially only of a tubular Abscheidegereheatuse, which is a simple tube in the simplest case, which is mounted as low-friction as possible within the engine stationary.
  • the drive of the tubular Abscheidegepuruses with which this can be set in rotation for a Abscheidungs superb, both by a stand-alone, for example designed as an electric motor drive or by the shared use of a drive for other functional elements.
  • tubular separator housing When using a separate electric motor, the tubular separator housing may be part of the electric motor by this forms the rotor of such an engine.
  • tubular separator housing is driven exclusively by the oil mist stream flowing through this housing. It is driven by the swirl generator mounted inside the • tubular separator housing, which converts the flow energy of the oil mist stream into rotational energy.
  • the pressure gradient within the separation housing may optionally be increased by the use of a pump.
  • oil mist separator are known from DE 103 38 770 Al (cyclone separator with rotating deposition plates within a co-rotating housing), US 3,561,195 A (paddle wheel rotor with axial flow deflection by 180 °), DE 199 14 166 Al Centrifuge without rotating outer housing), DE 100 63 903 A1 (centrifuge without rotating outer housing), DE 35 41 204 A1 (centrifuge without rotating outer housing), US Pat. No. 4,189,310 (centrifuge without appreciable axial flow), US Pat. No.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an attached outside of a motor housing axial cyclone
  • FIG 3 shows a longitudinal section through an oil mist separator integrated into a camshaft of an internal combustion engine.
  • the core of the oil gag separator formed as an axial cyclone consists of a tube-shaped separator housing 1 bearing a shaft.
  • the bearings 2 are mounted in thrust-resistant abutments via bearings 2 with the least possible friction.
  • a feed channel 3 guides an oil mist flow axially into the interior of the tubular separator housing 1.
  • the feed channel 3 engages circumferentially with an extremely small clearance in the interior of the tubular AbscheidegePSu- Ses 1, which may already be given a sufficient seal when there is sufficient negative pressure relative to the atmosphere during operation of Axialzyklones in its interior.
  • the tubular separator housing 1 engages with its outer circumference in a funnel-shaped receiving space 4, which is motor-fixed. In the region in which the tubular separator housing 1 engages in the receiving space 4, it is mounted on the outer wall via one of the bearings 2.
  • This bearing 2 can be designed as an at least largely sealing bearing, whereby the interior of the receiving space 4 can already be sufficiently sealed relative to the atmosphere.
  • a discharge channel 5 Axially in alignment with the tubular separator housing 1 leads from the receiving space 4, a discharge channel 5.
  • a swirl generator 6 Within the tubular separator housing 1 is a swirl generator 6. When operating the Axialzyklones this rotates and is traversed by oil mist in the direction of the feed channel 3 to the discharge channel 5. Deposited oil droplets sink gravitationally in the receiving space 4 down and can escape through a drain opening 7 from this.
  • a drive element for the tubular separating vessel 1, by which it is set in rotation, is not entered in the drawing, which is intended to illustrate the device only schematically.
  • a separate drive can be dispensed with if the flow gie of the oil mist stream is sufficient to drive the tubular separator housing 1 via the swirl generator 6.
  • sufficient flow energy can also be generated through the use of a pump for conveying the oil mist through the axial cyclone.
  • An axial cyclone in the embodiment according to FIG. 1 can be provided, for example, in a cover hood of an internal combustion engine.
  • almost all parts of the axial cyclone according to the invention can be economically producible plastic parts.
  • the abutment and connections for the axial cyclone can be rationally integrated into elements of the engine, which are made in particular of plastic.
  • the axial cyclone of FIG. 2 is housed within a motor housing 14.
  • the basic structure of this Axialzyklons corresponds to that according to the embodiment in Fig. 1. Functionally identical elements are therefore assigned the same reference numerals.
  • a pre-separator 8 is provided on the inflow side. Within this pre-separator 8, the construction of which is explained in more ⁇ forth nä, radial supply ports 9 are located in the interior of the tubular separator housing. 1
  • the pre-separator 8 is formed by a funnel 10 which coaxially surrounds the tubular separator housing 1 in the form of a conical jacket in the region of the feed openings 9.
  • the conical jacket of the funnel 10 has an axially closed and an axially open end, wherein the closed end is at its narrow and the open end at its wide opening cross-section.
  • the swirl generator 6 In the cavity of the tubular separation housing 1, the swirl generator 6 is provided with a relatively small axial distance to the supply openings 9.
  • This swirl generator 6 has, as in the embodiment of FIG. 1, in the description of which is not discussed here, the task to put the cavity of the tubular Abscheidegepuruses flowing oil mist stream in a swirl flow to thereby downstream of the swirl generator 6 separated a deposit, liquid oil can be achieved on the inner wall of the tubular separator housing 1 to a particularly high degree.
  • the resultant by such an attachment oil film is indicated in the drawing with near-wall flow arrows.
  • the at least largely freed from liquid oil fractions, gaseous portion of the oil mist stream is exposed downstream of the swirl generator 6 by bold flow arrows.
  • the inner lateral surface of the conical jacket of the funnel 10 is in particular designed like a screw conveyor, specifically in a region which is outlined in the drawing by a dot-dash line 11 in each case.
  • the oil mist stream is rotated by the rotating tubular separator housing 1 with which the conical jacket is fixed, before this oil mist stream flows into the radial feed openings 9 into the interior of the tubular separation housing 1 passes.
  • Due to the conical or funnel-shaped course of the conical jacket an axial force component in the direction of the axially open end of the conical jacket arises in the oil deposited on the inner wall of the conical jacket by centrifugal forces as an oil film.
  • This axial component results from the fact that the centrifugal force increases with increasing inner diameter of the inner surface of the conical jacket, resulting in a positive centrifugal force gradient towards the open end of the conical jacket.
  • This gradient results in an axial force component toward the open end of the conical shell which drives oil deposited on the inner circumference of the conical shell toward the axially open end from which it can flow.
  • the conical jacket fulfills the function of a pre-separator 8.
  • the main separation takes place in the cavity of the tubular separator housing 1.
  • the oil mist stream entering the cavity through the radial feed openings 9 becomes generator through the axially relatively nearby to these openings 9 in the hollow space of the tubular separator 1 twister ⁇ 6 set in swirl.
  • liquid oil components within the oil mist stream can settle particularly effectively as an oil film on the inner wall of the cavity of the tubular separator housing 1.
  • a flow of the oil mist through the conical jacket as a pre-separator 8 and the cavity within the tubular separator housing 1 is generated by a negative pressure, which is exposed to the cavity of the tubular Abscheidegephaseuses.
  • the discharge channel 5 is arranged axially aligned with respect to the axis of the tubular separation housing 1. It has an axial distance relative to the tubular separator housing 1, since a receiving space 4 is provided between it and the end of the tubular separator housing 1.
  • a funnel region 12 projects into the receiving region 4 from the end of the tubular separator housing 1.
  • a flow-ring channel 13 exists between the outer circumference of this funnel region 12 and an approximately complementary outer wall of the receiving region 4.
  • This flow-channel 13 opens in the region of the narrow end of the funnel region 12 to the outside in the of the Mo-
  • corresponding flow-guiding means 16 are provided on the outer circumference of the funnel region 12.
  • any required drive means for the tubular separator housing 1 are not shown in the drawing.
  • the rotational energy for the tubular separator housing 1 may possibly be applied in sufficient form by the oil mist stream itself and reacted in the swirl generator.
  • An axially hollow camshaft 101 with a cavity 102 is rotatably mounted in a camshaft housing 103.
  • the bearings of the camshaft are indicated by 104.
  • the camshaft 101 is driven via a sprocket 105 located outside the camshaft housing 103.
  • An oil mist stream, to be separated from the oil as the liquid phase is indicated by arrows A.
  • the oil mist stream to be separated enters the cavity 102 of the camshaft 101 through oil mist supply openings 106 provided in the wall of the camshaft 101.
  • a hopper surrounds coaxially with the axis of the camshaft 101 the conical shell 107 has an axially closed and an axially open end, wherein the closed end is at its narrow and the open end at its wide opening cross-section.
  • a swirl generator 108 is provided at a relatively small axial distance to the oil mist supply openings 106.
  • This swirl generator 108 has the task to put the cavity 102 of the camshaft 101 flowing through the oil mist stream in a swirl flow to thereby downstream of the swirl generator 108 can accumulate a separated, liquid oil on the inner wall of the camshaft 101 to achieve a particularly high degree.
  • the resultant by such an attachment oil film is indicated in the drawing with dashed lines 109.
  • the at least largely freed from liquid oil fractions gaseous fraction of the oil mist stream is indicated downstream of the swirl generator 108 with arrows 10.
  • the inner lateral surface of the conical jacket 107 is designed like a screw conveyor, namely in a region which is outlined in the drawing by a dot-dash line 111 in each case.
  • the oil mist stream is rotated by the rotating camshaft 101, to which the conical shell 107 is fixed, before this oil mist stream enters the radial oil supply ports 106 of the camshaft 101.
  • an axial force component in the direction of the axially open end of the conical shell 107 is formed in the oil separated by centrifugal forces as oil film on the inner wall of the conical shell 107.
  • This axial component results from the fact that the centrifugal force increases with increasing inner diameter of the inner surface of the conical shell 107 conical shell 107, resulting in a positive centrifugal force gradient towards the open end of the conical shell.
  • This gradient in turn leads to an axial component of force in the direction of the open end of the conical shell 107, which drives oil deposited on the inner circumference of the conical jacket to the axially open end, from where it can flow off radially in accordance with the arrows B.
  • the conical jacket 107 fulfills the function of a pre-separator.
  • a flow of the oil mist through the conical jacket as a pre-separator and the cavity 102 of the camshaft 102nd is generated by a negative pressure, the cavity 102 of the camshaft 101 is exposed.
  • the gas discharge channel 113 is arranged axially aligned with respect to the axis of the camshaft 101, namely abutting the respective end face of the camshaft 101.
  • the gas discharge passage 113 does not protrude like a dip tube into the cavity 102 of the camshaft 101.
  • the opening area of the gas discharge passage 113 may be identical to that of the cavity 102 of the camshaft 101.
  • the oil discharge passage 112 is formed adjacent to the respective end of the camshaft 101 as an annular passage surrounding the gas discharge passage 113, through which separated liquid oil can flow.
  • the annular region of the oil discharge channel 112 merges into an approximately tubular channel section into which separated liquid oil can flow off due to gravity. From this area, the separated, liquid oil can flow into the crank chamber of an internal combustion engine containing the camshaft 102. Since there is a pressure gradient in the direction of the cavity 102 of the camshaft 101 between the cavity 102 of the camshaft 101, on the one hand, and the crank chamber, on the other hand, a so-called gravity valve 117 can be provided in the oil discharge passage 112 be arranged.
  • Gravity valve is here understood to mean a closing valve 117 which is opened by the weight of the liquid oil accumulating upstream of the valve.
  • the swirl generator 108 can be easily inserted into the cavity 102 of the camshaft 101 for mounting.
  • a fixing of the swirl generator 108 can be carried out by, for example, a double-sided caulking with material from the inner wall of the camshaft 102.
  • only one Stemmwerkmaschine must be inserted axially into the cavity, on both sides of the camshaft 101, when the swirl generator 102 is to be caulked to both sides axially.
  • the caulked areas are entered in the drawing with 114.
  • the 'gas discharge channel 113 is fixedly connected to the camshaft housing 103rd
  • the interior of the camshaft housing 103 is in the region of the oil discharge channel 103 compared to the sem within a neighboring bearing 104 sealed by a ring seal 116.

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Abstract

Eine, in eine axial hohle Nockenwelle eines Verbrennungsmotors integrierte Zentrifugal-Ölnebelabscheidereinrichtung soll eine gute Abscheidewirkung ermöglichen. Zu diesem Zweck ist eine Einrichtung vorgesehen, bei der die Nockenwelle (101) versehen ist, an einem ersten Ende mit radialen Ölnebelzufuhr-Öffnungen (106) für in den axialen Hohlraum (102) der Nockenwelle (101) einzuführenden Ölnebel und an dem zweiten Ende jeweils zur Ableitung mit einerseits einem radialen Ölableitungskanal (112) für als Flüssigphase abgeschiedenes Öl und andererseits einem axialen Gasableitungskanal (113) für den nach dem abgetrennten Flüssigkeitsanteil verbleibenden Ölnebelstrom, den radialen Ölnebel-Zuführöffnungen (106) ein Zentrifugal-Ölnebelvorabscheider als fest mit der Nockenwelle (101) verbundener Vorabscheider (107) vorgelagert ist und innerhalb des axialen Hohlraumes (102) der Nockenwelle (101) ein Drallerzeuger (108) als Endabscheider vorgesehen ist.

Description

In eine axial hohle Welle eines Verbrennungsmotors integrierte Zentrifugal-Ölnebelabscheidereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine, in eine axial hohle, insbesondere eine Nockenwelle, eines Verbrennungsmotors integrierte Zentrifugal-Ölnebelabscheidereinrichtung.
Bekannt ist aus DE 102 26 695 Al eine axial hohle Nockenwelle, die an einem Ende mit einer umfangsmäßig außerhalb der Nockenwelle liegenden Ölabscheidereinrichtung versehen ist. Diese Ölabscheidereinrichtung besteht aus einem ersten Ringkanal mit einem an einem seiner axialen Enden radial innen offenen Ringspalt und einer, diesem Ringspalt axial gegenüberliegenden, radial im wesentlichen geschlossenen Ringkanalwand. Im wesentlichen geschlossen bedeutet, dass diese Wand mit axialen Durchbrüchen versehen ist. Über einen weiteren, sich axial anschließenden zweiten Ringkanal stehen die vorgenannten axialen Durchbrüche über radiale Öffnungen in der Umfangswand der Nockenwelle strömungsleitend mit dem axialen Hohlraum der Nockenwelle in Verbindung. Bei dieser bekannten Ausführung eines in eine Nockenwelle integrierten Abscheiders be'sitzt der mit einem radial innen liegenden,- axialen Öffnungsspalt versehene erste Ringkanal in dessen äußerer Mantelfläche vorgesehene, nach radial außen führende Ölabflussöffnungen .
Diese Einrichtung funktioniert wie folgt.
Ölnebel wird durch einen an den Hohlraum der Nockenwelle anstehenden Unterdruck durch den radial innen liegenden, axialen Spalt des ersten Ringkanales gesaugt. In diesem ersten Ringkanal strömt ein in dem Ölnebel enthaltene Flüssigkeitsanteil fliehkraftbedingt nach radial außen und verlässt diesen Ringkanal durch die dort nach radial außen führenden Abflussöffnungen. Ein in der Regel noch verbleibender Anteil des Ölnebelstromes gelangt durch die axialen Öffnungen in der radial im wesentlichen geschlossenen Wand des ersten Ringkanales über den zweiten Ringkanal in den Hohlraum der Nockenwelle, von wo aus dieser Gasstrom die Nockenwelle axial verlässt. Eine Ölabscheidung innerhalb des axialen Hohlraumes der Nockenwelle ist bei jener Einrichtung nicht vorgesehen .
Aus JP 01-2 84 634 A ist eine hohle Nockenwelle mit einer integrierten Ölnebel-Abscheidereinrichtung bekannt, bei der die Ölabscheidung innerhalb des Hohlraumes der Nockenwelle erfolgt. Der Ölnebelstrom tritt über einen Drallerzeuger an einem axialen Ende der Nockenwelle in deren Hohlraum ein und verlässt die Nockenwelle an einem gegenüberliegenden Ende. An diesem gegenüberliegenden Ende greift axial ein Tauchrohr in das Innere des Hohlraumes der Nockenwelle ein, um von dort den nach Abtrennung der flüssigen Phase verbleibenden Gasstrom abzuführen. Der aus dem Ölnebelstrom abgetrennte Flüssigkeitsanteil verlässt die Nockenwelle ebenfalls an diesem gegenüberliegenden Ende über einen Ringspalt zwischen dem vorgenannten Tauchrohr und der Innenwandung des Nockenwellen-Hohlraumes .
US 4,651,705 offenbart eine hohle Nockenwelle, bei der eine Ölabscheidung zentrifugalbedingt innerhalb des Nockenwellenhohlraumes erfolgt. Für den Eintritt des Ölnebels in den Hohlraum der Nockenwelle sind über deren Länge verteilt radiale Bohrungen vorgesehen. Abgeschiedenes, flüssiges Öl verlässt den Nockenwellenhohlraum ebenfalls über radiale Bohrungen bei ebenfalls einer Verteilung dieser Bohrungen über die Länge der Nockenwelle. Um eine Trennung von Flüssiggasanteilen des Ölnebels innerhalb des Nockenwellenhohlraumes zu erreichen, ist der Nockenwellenhohlraum mit einer profilierten Innenmantelfläche versehen und zwar derart, dass diejenigen radialen Bohrungen, die Ölnebel nach radial innen führen, in Innenwandbereichen mit einem geringeren Durchmesser liegen, als diejenigen radialen Bohrungen, aus denen Öl nach radial außen abgeführt wird. Der Anteil des Ölnebelstromes, der nach erfolgter Flüssigkeitsabtrennung verbleibt, verlässt den Nockenwellenhohlraum an einem axialen Ende der Nockenwelle über eine dort vorgesehene Drosselöffnung. Bei dieser Einrichtung fehlt ein Zentrifugal- Vorabscheider außerhalb des Hohlraumes der Nockenwelle einerseits und andererseits ist bei dieser Einrichtung im Hohlraum der Nockenwelle kein Drallerzeuger für den dort hindurchströmenden Ölnebelstrom vorgesehen. Bei einer aus DE 199 31 740 Al bekannten hohlen Nockenwelle erfolgt die Ölabscheidung aus einem Ölnebel in einem Ölne- bel-Vorabscheider in einem Außenumfangsbereich der Nockenwelle. Der Ölnebel-Vorabscheider arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip wie derjenige nach DE 102 26 695 Al. Der Hohlraum der Nockenwelle dient lediglich zu einer Ableitung desjenigen Teils des in den Vorabscheider eingeführten Ölnebel- stromes, der von in dem Vorabscheider abgetrennten flüssigen Anteilen befreit ist.
Die Erfindung beschäftigt sich in erster Linie mit dem Problem, die Wirksamkeit einer in eine axial hohle Welle eines Verbrennungsmotors integrierten Zentrifugal- Ölnebelabscheidereinrichtung gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik zu verbessern.
Gelöst wird dieses Problem durch eine Einrichtung mit sämtlichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 6 sowie 11 bis 15, soweit diese auf einen der Ansprüche 1 bis 6 zurückbezogen sind.
Die Erfindung beruht insoweit auf dem allgemeinen Gedanken, eine Zentrifugal-Ölnebelabscheidereinrichtung mit einer Integration in eine hohle Welle eines Verbrennungsmotors zu schaffen, bei der eine Vorabscheidung in einem fest mit der Welle verbundenen äußeren Bereich mit einer Nach- bezie- hungsweise Endabscheidung innerhalb des Wellenhohlraumes kombiniert wird. Dabei dient der Vorabscheider zur Abscheidung des flüssigen Ölanteils, der in relativ großen Öltröpf- chen vorliegt, während in dem Bereich der Endabscheidung die feinen Ölnebeltröpfchen abgeschieden werden. Zur Abscheidung der feinen Ölnebelteilchen wird dem Ölnebelstrom innerhalb des Wellenhohlraumes mittels eines Drallerzeugers ein Drall aufgezwungen. Durch diesen Drall können diese feinen Öl- tröpfchen sich besonders wirksam nach radial außen zu einem Ansammeln an der Innenumfangsflache des Wellenhohlraumes absetzen. Für eine entsprechend gute Abscheidung innerhalb des Nockenwellenhohlraumes ist ein relativ langer Strömungsweg stromab des Drallerzeugers besonders vorteilhaft. Der Drallerzeuger befindet sich daher in einem axialen Bereich des Wellenhohlraumes, der dem Ölnebeleintrittsbe1" ich relativ eng benachbart ist. Stromab des Drallerzeugers soll eine Strömungslänge vorhanden sein, die möglichst etwa dem zehnfachen Wert des Strömungsquerschnittes entspricht, in dem sich der Drallerzeuger innerhalb des Wellenhohlraumes befindet.
Als Vorabscheider eignet sich sehr gut ein konischer bzw. trichterförmiger, die radialen Ölnebelzuführungsöffnungen umgebender, fest mit der Welle verbundener Mantel, dessen enges Ende axial geschlossen ausgebildet und den radialen Ölnebelzuführungsöffnungen benachbart zugeordnet ist. Durch das axial weite Ende des konischen Mantels kann aufzutrennender Ölnebel in den Innenbereich dieses Mantels eintreten und von dort durch die radialen Ölnebelzuführöffnungen in den Hohlraum der Welle einströmen. Durch die zum offenen Ende des konischen Mantels hin gegebene Neigung der Mantelinnenfläche wirkt an dem offenen Mantelende eine an der Mantelfläche maximale Zentrifugalkraft, die entsprechend der Mantelneigung zu dem axial geschlossenen Mantelende hin kontinuierlich abnimmt. Durch diesen in Achsrichtung des Mantels existierenden Zentrifugalkraftgradienten stellt sich eine Axialkraftkomponente ein, die abgeschiedenes Öl in Richtung des weiten Endes des konischen Mantels fördert. Dieser Fördereffekt kann durch eine entsprechende, förderschneckenartige Ausbildung der Innenfläche des konischen Mantels noch verstärkt werden. Dabei sind die Förderschneckenwindungen derart auszurichten, dass bei einer Rotation der Welle. auch tatsächlich ein entsprechender Fördereffekt eintreten kann.
Für das Abströmen des Ölnebelstromes, das heißt desjenigen Anteils, der den abgetrennten Flüssigkeitsanteil nicht mehr enthält, ist es vorteilhaft, einen ortsfesten Abströmkanal vorzusehen, dessen Eintrittsquerschnitt etwa in der zugehörigen Stirnwandebene des betreffenden Nockenwellenendes axial fluchtend liegt. Dies bedeutet insbesondere, dass der Abströmquerschnitt nicht innerhalb eines in das Innere des Wellenhohlraumes ragenden Tauchrohres liegen soll.
An dem Wellenende, an dem der Gasanteil des Ölnebelstromes abgeführt wird, ist erfindungsgemäß ein radialer Ableitungskanal für ein schwerkraftbedingtes Abfließen abgeschiedenen flüssigen Öles vorgesehen. Aus diesem Ableitungskanal kann dieses Öl ausschließlich in geöffnetem Zustand eines innerhalb dieses Kanales vorgesehenen Verschlussventiles austreten. Dieses Verschlussventil ist vorteilhafterweise als ein Schwerkraftventil ausgebildet, das sich unter der Schwerkraft angesammelten Öles automatisch öffnen kann. Durch ein solches Schwerkraftventil wird abgeschiedenes Öl nicht kontinuierlich, sondern diskontinuierlich abgeführt und zwar immer dann, wenn sich für ein Öffnen des Schwerkraftventiles ausreichend abgeschiedenes flüssiges Öl angesammelt hat.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungen eines erfindungsgemäßen Ölnebelabscheiders eignen sich besonders vorteilhaft bei einer Ausbildung der hohlen Welle als eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors .
Bei einem Einsatz eines erfindungsgemäßen, insbesondere in eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors integrierten Ölnebelabscheiders innerhalb eines Motorgehäuses kann dessen stromabseitiges Ende für einen Gasrückstrom, das heißt für einen Rückstrom von von Öltröpfchen befreiter Kurbelgehäuseluft ausgebildet sein. Näheres hierzu kann einer weiter unten noch folgenden Beschreibung eines entsprechenden Ausführungsbeispieles entnommen werden.
Ein weiteres Problem, mit dem sich die Erfindung beschäftigt, besteht darin, einen Ölnebelabscheider eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors in einer möglichst einfachen Form bei einer gleichzeitig guten Effizienz als einen Axial- zyklon auszubilden. Gelöst wird dieses Problem im wesentlichen bereits durch eine Ausbildung eines solchen Axialzyklons nach dem Patentanspruch 7.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen dieses Aspektes der Erfindung sind Gegenstand der dem Anspruch 7 folgenden Unteransprüche .
Dieser Aspekt der Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Axialzyklon völlig integrationsfrei von anderen Funktionselementen in beziehungsweise an dem Verbrennungsmotor in einem Bereich vorzusehen, der hierfür ausreichend Platz bietet. Dieser Bereich kann grundsätzlich innerhalb oder außerhalb des Motorgehäuses liegen. Innerhalb des Motorgehäuses bedeutet im vorgenannten Sinne innerhalb eines von den Kurbelraumgasen, in dem der Ölnebel vorliegt, beaufschlagten Raumes, der nach außen gedichtet ist.
Für sämtliche Ausführungsarten, unabhängig davon, ob ein Einsatz innerhalb oder außerhalb des Motorgehäuses erfolgt, besteht der Axialzyklon als Ölnebelabscheider im wesentlichen lediglich aus einem rohrförmigen Abscheidegehäuse, das im einfachsten Fall ein einfaches Rohr ist, das möglichst reibungsarm innerhalb des Motors ortsfest gelagert ist.
Der Antrieb des rohrförmigen Abscheidegehäuses, mit dem dieses in Rotation für einen Abscheidebetrieb gesetzt werden kann, kann sowohl durch einen eigenständigen, beispielsweise als Elektromotor ausgebildeten Antrieb oder durch die Mitbenutzung eines Antriebes für andere Funktionselemente erfolgen.
Bei einem Einsatz eines separaten Elektromotors kann das rohrförmige Abscheidegehäuse Bestandteil des Elektromotors sein, indem dieses den Rotor eines solchen Motors bildet.
Möglich ist es auch, dass das rohrförmige Abscheidegehäuse ausschließlich durch den, dieses Gehäuse durchströmenden Öl- nebelstrom angetrieben wird. Der Antrieb erfolgt dabei durch den innerhalb des • rohrförmigen Abscheidegehäuses angebrachten Drallerzeuger, der die Strömungsenergie des Ölnebelstro- mes in Rotationsenergie umsetzt.
Bei einem Einsatz eines erfindungsgemäßen Ölnebelabscheiders können zu- und abströmseitig Dichtungen vorgesehen werden, die lediglich in der Form einer Spaltdichtung dichten, das heißt nicht absolut dicht sind. Ermöglicht wird dies dadurch, dass der Ölnebelstrom mit Unterdruck durch das Abscheidegehäuse gesaugt wird und zwar zum Luftansaugstutzen des Verbrennungsmotors hin. Solche Spaltdichtungen ermöglichen niedrige, dichtungsbedingte Reibungsverluste.
Das Druckgefälle innerhalb des Abscheidegehäuses kann gegebenenfalls durch den Einsatz einer Pumpe erhöht werden.
Ölnebelabscheider in der Form eines Axialzyklones sind an sich bereits in vielfachen Ausführungen bekannt und zwar beispielsweise aus DE 102 26 695 Al, JP 82-84 634 A, US 4,651,705 und DE 199 31 740 Al. Diese bekannten Axialzyklone sind jeweils in der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors integriert. Voraussetzung hierfür ist, dass solche Nockenwellen als Hohlwellen ausgebildet sind.
Darüber hinaus ist es bekannt, derartige Axialzyklone in die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors (DE 196 08 503 C2) oder in Ausgleichswellen eines Verbrennungsmotors (DE 197 06 383 C2) zu integrieren.
Bei diesen Integrationslösungen sind die zu treffenden Integrationsmaßnahmen teilweise recht aufwändig. Darüber hinaus ist eine Integration in drehende Motorelemente nur dann möglich, wenn diese bereits rohrförmig ausgenommen sind oder solche Ausnehmungen einfach in diesen vornehmbar sind.
Weitere bekannte, jedoch mit der vorliegenden Erfindung nicht konkret vergleichbare Ölnebelabscheider sind bekannt aus DE 103 38 770 Al (Zyklonabscheider mit rotierenden Abscheidetellern innerhalb eines mitrotierenden Gehäuses) , US 3,561,195 A (Schaufelradrotor mit axialer Strömungsumlenkung um 180°), DE 199 14 166 Al (Zentrifuge ohne rotierendes Außengehäuse) , DE 100 63 903 Al (Zentrifuge ohne rotierendes Außengehäuse) , DE 35 41 204 Al (Zentrifuge ohne rotierendes Außengehäuse), US 4,189,310 (Zentrifuge ohne nennenswerte Axialströmung), US 1,979,025 (Zentrifuge ohne ausgeprägte Axialströmung) , EP 0 98 70 53 Al (Zentrifuge ohne ausgeprägte Axialströmung) , WO 02/44 530 Al (Zentrifuge ohne rotie- rendes Außengehäuse), KR 200 300 16 847 A (Zentrifuge ohne rotierendes Außengehäuse) .
Vorteilhafte, nachstehend näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung jeweils schematisch dargestellt.
In dieser zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen, außerhalb eines Motorgehäuses angebrachten Axialzyklon,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen innerhalb eines Motorgehäuses angebrachten Axialzyklon,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen, in eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors integrierten Ölnebelab- scheiders .
Ausführung nach Flg. 1
Das Kernstück des als Axialzyklon ausgebildeten Ölknebelab- scheiders besteht aus einem, eine Welle darstellenden rohr- förmigen Abscheidegehäuse 1. Gelagert ist dieses in motorfesten Widerlagern über möglichst reibungsarme Lager 2. An- strömseitig führt ein Zuführkanal 3 einen Ölnebelstrom axial in das Innere des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1. Der Zuführkanal 3 greift dabei umfangsmäßig mit einem äußerst geringen Spiel in das Innere des rohrförmigen Abscheidegehäu- ses 1 ein, wodurch bereits eine ausreichende Dichtung gegeben sein kann, wenn bei Betrieb des Axialzyklones in dessen Innerem ein ausreichender Unterdruck gegenüber der Atmosphäre herrscht.
Abtriebsseitig greift das rohrförmige Abscheidegehäuse 1 mit seinem Außenumfang in einen trichterförmigen Aufnahmeraum 4 ein, der motorfest ist. In dem Bereich, in dem das rohrförmige Abscheidegehäuse 1 in den Aufnahmeraum 4 eingreift, ist es an dessen Außenwand über eines der Lager 2 gelagert. Dieses Lager 2 kann als ein zumindest weitgehend dichtendes Lager ausgebildet sein, wodurch das Innere des Aufnahmeraumes 4 bereits ausreichend gegenüber Atmosphäre gedichtet sein kann. Axial fluchtend zu dem rohrförmigen Abscheidegehäuse 1 führt aus dem Aufnahmeraum 4 ein Abführkanal 5. Innerhalb des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 befindet sich ein Drallerzeuger 6. Bei Betrieb des Axialzyklones rotiert dieser und wird von Ölnebel in Richtung von dem Zuführkanal 3 zu dem Abführkanal 5 durchströmt. Abgeschiedene Öltröpfchen sinken schwerkraftmäßig in dem Aufnahmeraum 4 nach unten ab und können durch eine Abflussöffnung 7 aus diesem austreten.
Ein Antriebselement für den rohrförmigen Abscheidebehälter 1, durch den dieser in Rotation versetzt wird, ist in der Zeichnung, die die Einrichtung lediglich schematisch darstellen soll, nicht eingetragen. Ein solcher Antrieb kann jedoch an jeder beliebigen Stelle des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 angreifen. Gegebenenfalls kann auf einen getrennten Antrieb verzichtet werden, wenn die Strömungsener- gie des Ölnebelstromes ausreichend ist, um das rohrförmige Abscheidegehäuse 1 über den Drallerzeuger 6 anzutreiben. In einem solchen Fall muss für äußerst reibungsarme Lager 2 gesorgt werden, was grundsätzlich möglich ist. Ausreichende Strömungsenergie kann gegebenenfalls auch durch den Einsatz einer Pumpe zur Förderung des Ölnebels durch den Axialzyklon hindurch erzeugt werden. Ein Axialzyklon in der Ausführung nach Fig. 1 kann beispielsweise in einer Abdeckhaube eines Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Insbesondere können nahezu sämtliche Teile des erfindungsgemäßen Axialzyklons wirtschaftlich günstig herstellbare Kunststoffteile sein. Auch die Widerlager und Anschlüsse für den Axialzyklon können in Elemente des Motors, die insbesondere aus Kunststoff bestehen, rationell integriert werden.
Ausführτmgsbelsplel nach Fig. 2
Der Axialzyklon nach Fig. 2 ist innerhalb eines Motorgehäuses 14 untergebracht. Der grundsätzliche Aufbau dieses Axialzyklons entspricht demjenigen nach der Ausführung in Fig. 1. Funktionsgleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugszeichen belegt.
Unterschiede bestehen bei der Zu- und Abfuhr des Ölnebels bzw. der aus dem Ölnebel abzuführenden voneinander getrennten Komponenten . Einströmseitig ist ein Vorabscheider 8 vorgesehen. Innerhalb dieses Vorabscheiders 8, dessen Aufbau nachstehend noch nä¬ her erläutert wird, befinden sich radiale Zuführöffnungen 9 in das Innere des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1.
Der Vorabscheider 8 wird gebildet von einem Trichter 10, der im Bereich der Zuführöffnungen 9 das rohrförmige Abscheidegehäuse 1 in der Form eines konischen Mantels koaxial umgreift. Der konische Mantel des Trichters 10 besitzt ein a- xial geschlossenes und ein axial offenes Ende, wobei das geschlossene Ende an dessen engem und das offene Ende an dessen weitem Öffnungsquerschnitt liegt.
In dem Hohlraum des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 ist mit einem relativ geringen axialen Abstand zu den Zuführöffnungen 9 der Drallerzeuger 6 vorgesehen. Dieser Drallerzeuger 6 hat wie bei der Ausführung nach Fig. 1, bei dessen Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen ist, die Aufgabe, den, den Hohlraum des rohrförmigen Abscheidegehäuses durchströmenden Ölnebelstrom in eine Drallströmung zu versetzen, um hierdurch stromab des Drallerzeugers 6 eine Anlagerung abgetrennten, flüssigen Öls an der Innenwand des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 in einem besonders hohen Maße erzielen zu können. Der sich durch eine solche Anlagerung ergebende Ölfilm ist in der Zeichnung mit wandnahen Strömungspfeilen angedeutet. Der von flüssigen Ölanteilen zumindest weitgehend befreite, gasförmige Anteil des Ölnebelstromes ist stromab des Drallerzeugers 6 durch fett gezeichnete Strömungspfeile herausgestellt. Die Innenmantelfläche des konischen Mantels des Trichters 10 ist insbesondere schneckenförderartig ausgebildet und zwar in einem Bereich, der in der Zeichnung mit jeweils einer strichpunktierten Linie 11 umrissen ist. Beim Durchströmen des Ringraumes innerhalb des konischen Mantels des Trichters 10 wird der Ölnebelstrom von dem sich drehenden, rohrförmi- gen Abscheidegehäuse 1, mit dem der konische Mantel fest verbunden ist, in Rotation versetzt, bevor dieser Ölnebelstrom in die radialen Zuführungsöffnungen 9 in das Innere des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 gelangt. Durch den konischen bzw. trichterförmigen Verlauf des konischen Mantels entsteht in dem, durch Zentrifugalkräfte als Ölfilm an der Innenwand des konischen Mantels abgeschiedenen Öl eine axiale Kraftkomponente in Richtung des axial offenen Endes des konischen Mantels. Diese Axialkomponente resultiert daraus, dass die Zentrifugalkraft mit zunehmendem Innendurchmesser der Innenfläche des konischen Mantels zunimmt, wodurch sich ein positiver Zentrifugalkraftgradient in Richtung des offenen Endes des konischen Mantels ergibt. Dieser Gradient führt wiederum zu einer axialen Kraftkomponente in Richtung des offenen Endes des konischen Mantels, die am Innenumfang des konischen Mantels abgeschiedenes Öl zum axial offenen Ende treibt, von wo es abströmen kann. Damit erfüllt der konische Mantel die Funktion eines Vorabscheiders 8.
Die Hauptabscheidung erfolgt im Hohlraum des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1. Der durch die radialen Zuführungsöffnungen 9 in den Hohlraum eindringende Ölnebelstrom wird durch den axial relativ nahe zu diesen Öffnungen 9 im Hohlraum des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 liegenden Draller¬ zeuger 6 in Drall versetzt. Hierdurch können sich flüssige Ölanteile innerhalb des Ölnebelstromes besonders wirkungsvoll als Ölfilm an der Innenwandung des Hohlraumes des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 absetzen.
Eine Strömung des Ölnebels durch den konischen Mantel als Vorabscheider 8 sowie den Hohlraum innerhalb des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 wird durch einen Unterdruck erzeugt, dem der Hohlraum des rohrförmigen Abscheidegehäuses ausgesetzt ist.
An dem, zu dem Drallerzeuger 6 abströmseitig gelegenen Ende erfolgt eine getrennte Abfuhr einerseits abgetrennter Öl- flüssigkeit durch eine Abflussöffnung 7 sowie andererseits des Gasanteiles, der durch einen Abführkanal 5 abgeführt wird. Der Abführkanal 5 ist axial gegenüber der Achse des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 fluchtend angeordnet. Er besitzt axialen Abstand gegenüber dem rohrförmigen Abscheidegehäuse 1, da zwischen ihm und dem Ende des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 ein Aufnahmeraum 4 vorgesehen ist. Von dem Ende des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1 aus ragt mit diesem fest verbunden ein Trichterbereich 12 in den Aufnahmebereich 4. Zwischen dem Außenumfang dieses Trichterbereiches 12 und einer etwa komplementär verlaufenden Außenwand des Aufnahmebereiches 4 existiert ein Strömungsringkanal 13. Dieser Strömungsringkanal 13 mündet im Bereich des engen Endes des Trichterbereiches 12 nach außen in den von der Mo- torgehäusewand 14 eingeschlossenen Motorgehäuse-Innenraum 15. Um eine Rückströmung von Gasanteilen aus dem Ölnebelstrom, die von Ölanteilen befreit sind, zu bewirken bzw. zu fördern, sind auf dem Außenumfang des Trichterbereiches 12 entsprechende Strömungsleitmittel 16 vorgesehen.
Wie bei der Ausführung nach Fig. 1 sind eventuell erforderliche Antriebsmittel für das rohrförmige Abscheidegehäuse 1 in der Zeichnung nicht eingezeichnet. Wie bei der Ausführung nach Fig. 1 kann die Rotationsenergie für das rohrförmige Abscheidegehäuse 1 eventuell in ausreichender Form von dem Ölnebelstrom selbst aufgebracht und in dem Drallerzeuger umgesetzt werden.
Ausführungsbeispiel nach Flg. 3
Eine axial hohle Nockenwelle 101 mit einem Hohlraum 102 ist in einem- Nockenwellengehäuse 103 drehbar gelagert. Die Lager der Nockenwelle sind mit 104 angedeutet. Angetrieben wird die Nockenwelle 101 über ein außerhalb des Nockenwellengehäuses 103 liegendes Kettenrad 105.
Ein Ölnebelstrom, aus dem Öl als flüssige Phase abgetrennt werden soll, ist mit Pfeilen A angedeutet. Entsprechend diesen Pfeilen A tritt der aufzutrennende Ölnebelstrom durch in der Wand der Nockenwelle 101 vorgesehene Ölnebelzuführöff- nungen 106 in den Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 ein. Im Bereich der Ölnebelzuführöffnungen 106 umgreift koaxial zu der Achse der Nockenwelle 101 ausgerichtet ein Trichter in der Form eines konischen Mantels 107 diese Ölnebelzuführöff- nungen 106. Der konische Mantel 107 besitzt ein axial geschlossenes und ein axial offenes Ende, wobei das geschlossene Ende an dessen engem und das offene Ende an dessen weitem Öffnungsquerschnitt liegt.
In dem Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 ist mit einem relativ geringen axialen Abstand zu den Ölnebelzuführungsöffnun- gen 106 ein Drallerzeuger 108 vorgesehen. Dieser Drallerzeuger 108 hat die Aufgabe, den, den Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 durchströmenden Ölnebelstrom in eine Drallströmung zu versetzen, um hierdurch stromab des Drallerzeugers 108 eine Anlagerung abgetrennten, flüssigen Öls an der Innenwand der Nockenwelle 101 in einem besonders hohen Maße erzielen zu können. Der sich durch eine solche Anlagerung ergebende Ölfilm ist in der Zeichnung mit gestrichelten Linien 109 angedeutet. Der von flüssigen Ölanteilen zumindest weitgehend befreite gasförmige Anteil des Ölnebelstromes ist stromab des Drallerzeugers 108 mit Pfeilen 10 angedeutet.
Die Innenmantelfläche des konischen Mantels 107 ist schne- ckenförderartig ausgebildet und zwar in einem Bereich, der in der Zeichnung mit jeweils einer strichpunktierten Linie 111 umrissen ist. Beim Durchströmen des Ringraumes innerhalb des konischen Mantels 106 wird der Ölnebelstrom von der sich drehenden Nockenwelle 101, mit der der konische Mantel 107 fest verbunden ist, in Rotation versetzt, bevor dieser Ölnebelstrom in die radialen Ölzuführungsöffnungen 106 der Nockenwelle 101 gelangt. Durch den konischen beziehungsweise trichterförmigen Verlauf des konischen Mantels 107 entsteht in dem durch Zentrifugalkräfte als Ölfilm an der Innenwand des konischen Mantels 107 abgeschiedenen Öl eine axiale Kraftkomponente in Richtung des axial offenen Endes des konischen Mantels 107. Diese Axialkomponente resultiert daraus, dass die Zentrifugalkraft mit zunehmendem Innendurchmesser der Innenfläche des konischen Mantels 107 zunimmt, wodurch sich ein positiver Zentrifugalkraftgradient in Richtung des offenen Endes des konischen Mantels ergibt. Dieser Gradient führt wiederum zu einer axialen Kraftkomponente in Richtung des offenen Endes des konischen Mantels 107, die am Innenumfang des konischen Mantels abgeschiedenes Öl zum axial offenen Ende treibt, von wo es radial entsprechend den Pfeilen B abströmen kann. Damit erfüllt der konische Mantel 107 die Funktion eines Vorabscheiders.
Eine weitere „EndλX- beziehungsweise „Nach"-Abscheidung erfolgt im Hohlraum 102 der Nockenwelle 101. Der durch die radialen Ölnebelzuführungsöffnungen 106 in den Hohlraum 102 eindringende Ölnebelstrom wird durch den axial relativ nahe zu diesen Öffnungen im Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 liegenden Drallerzeuger 108 in Drall versetzt. Hierdurch können sich flüssige Ölanteile innerhalb des Ölnebelstromes besonders wirkungsvoll als Ölfilm 109 an der Innenwandung des Hohlraumes 102 der Nockenwelle 101 absetzen.
Eine Strömung des Ölnebels durch den konischen Mantel als Vorabscheider sowie den Hohlraum 102 der Nockenwelle 102 wird durch einen Unterdruck erzeugt, dem der Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 ausgesetzt ist.
An dem zu dem Drallerzeuger 108 abströmseitig gelegenen Ende der Nockenwelle 102 erfolgt eine getrennte Abfuhr einerseits abgetrennter Ölflüssigkeit durch einen Ölableitungskanal 112 sowie andererseits des Gasanteiles, der durch einen Gasableitungskanal 113 abgeführt wird. Der Gasableitungskanal 113 ist axial gegenüber der Achse der Nockenwelle 101 fluchtend angeordnet, und zwar anstoßend an die betreffende Stirnseite der Nockenwelle 101. Der Gasableitungskanal 113 ragt nicht tauchrohrartig in den Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 ein. Der Öffnungsquerschnitt des Gasableitungskanals 113 kann mit demjenigen des Hohlraumes 102 der Nockenwelle 101 identisch sein.
Der Ölableitungskanal 112 ist angrenzend an das betreffende Ende der Nockenwelle 101 als ein, den Gasableitungskanal 113 umgebender Ringkanal ausgeführt, durch den abgeschiedenes flüssiges Öl .abfließen kann. Der ringförmige Bereich des Öl- ableitungskanals 112 geht in einen etwa rohrförmigen Kanalabschnitt über, in den abgeschiedenes flüssiges Öl schwer- kraftbedingt abfließen kann. Aus diesem Bereich kann das abgeschiedene, flüssige Öl in den Kurbelraum einer die Nockenwelle 102 enthaltenden Brennkraftmaschine abfließen. Da zwischen dem Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 einerseits und dem Kurbelraum andererseits ein Druckgefälle in Richtung des Hohlraumes 102 der Nockenwelle 101 besteht, kann in dem Ölableitungskanal 112 ein sogenanntes Schwerkraft-Ventil 117 angeordnet sein. Unter Schwerkraft-Ventil wird hier ein Verschlussventil 117 verstanden, das über das Gewicht des an dem Ventil sich stromauf ansammelnden flüssigen Öles geöffnet wird. Hierdurch wird ein Druckausgleich zwischen dem Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 einerseits und dem Kurbelraum der Brennkraftmaschine andererseits vermieden. Dies hat den Vorteil, dass abgeschiedene Öltröpfchen nicht durch einen solchen Druckausgleich einen Abströmwiderstand beim Verlassen des Hohlraumes 102 der Nockenwelle 101 überwinden müssen, der sich zumindest tendenziell trennungsschädlich auswirkt .
Der Drallerzeuger 108 kann in den Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 zur Montage einfach eingeschoben werden. Ein Fixieren des Drallerzeugers 108 kann durch beispielsweise ein beidseitiges Verstemmen mit Material aus der Innenwand der Nockenwelle 102 erfolgen. Hierzu muss lediglich ein Stemmwerkzeug in den Hohlraum axial eingeführt werden, und zwar zu beiden Seiten der Nockenwelle 101, wenn der Drallerzeuger 102 zu axial beiden Seiten verstemmt werden soll. Die verstemmten Bereiche sind in der Zeichnung mit 114 eingetragen.
Zwischen den Lagern 104 der Nockenwelle 101 sind über die Länge verteilt Nocken 115 vorgesehen.
Der 'Gasableitungskanal 113 ist fest mit dem Nockenwellengehäuse 103 verbunden. Das Innere des Nockenwellengehäuses 103 ist in dem Bereich des Ölableitungskanals 103 gegenüber die- sem innerhalb eines benachbarten Lagers 104 durch eine Ringdichtung 116 gedichtet.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein.
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Claims

Ansprüche
1. In eine axial hohle Welle (1), insbesondere eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors integrierte Zentrifugal- Ölnebelabscheidereinrichtung, bei der
- die Welle (1) versehen ist,
- an einem ersten Ende mit radialen Ölnebelzuführ- Öffnungen (9) für in den axialen Hohlraum der Welle (1) einzuführenden Ölnebel und
- an dem zweiten Ende jeweils zur Ableitung mit einerseits einem radialen Ölableitungskanal (13) für als Flüssigphase abgeschiedenes Öl und andererseits einem axialen Gasableitungskanal (5) für den nach dem abgetrennten Flüssigkeitsanteil verbleibenden Ölnebelstrom,
- den radialen Ölnebel-Zuführöffnungen (9) ein Zentrifugal- Ölnebelvorabscheider als fest mit der Welle (1) verbundener Vorabscheider (8) vorgelagert ist und
- innerhalb des axialen Hohlraumes der Welle (1) ein Drallerzeuger (6) als Endabscheider vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorabscheider (8) als ein die radialen Ölnebel- Zufuhröffnungen (9) umschließender, die Welle (1) koaxial umgebender konischer Mantel ausgebildet ist, wobei dessen enges Ende axial geschlossen und den radialen Ölnebel- Zuführöffnungen (9) benachbart zugeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des konischen Mantels des Vorabscheiders (8) förderschneckenförmig ausgebildet ist mit einer zu dem weiten Ende des konischen Mantels ausgelegten Förderrichtung.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger (6) ein in den axialen Hohlraum der Welle (1) eingesetztes und dort durch eine, nach dem Einsetzen erfolgende Verformung des Wellenmaterials fixiertes Bauteil darstellt.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem zweiten Ende der Welle (1) vorgesehene axiale Gasableitungskanal (5) gegenüber der drehbar gelagerten Welle (1) ortsfest axial fluchtend vor deren zugehöriger Stirnseite ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem zweiten Ende der Welle (1) vorgesehene radiale Ölableitungskanal (13, 112) mit einem - erst unter der Schwerkraft dort angesammelten Öles - öffnenden Verschlussventil (117) ausgerüstet ist.
7. In eine axial hohle Welle (1) in der Form eines Axial- zyklons integrierter Zentrifugal-Ölnebelabscheider eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit einem rohrförmigen, um die Rohrachse rotationsfähigen und im Abscheidebetrieb um diese Achse rotierenden Abscheidegehäuse (1) und einem in diesem vorgesehenen Drallerzeuger (6), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, soweit dieser nicht in eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidegehäuse (1) ausschließlich die Funktion des Ölnebelabscheiders ausübt.
8. Ölnebelabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidegehäuse (1) durch ausschließlich die von dem Ölnebelstrom ausgehende, auf den Drallerzeuger (6) als Antriebskraft einwirkende Strömungsenergie in abscheidewirksame Rotation versetzbar ist..
9. Ölnebelabscheider nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidegehäuse (1) an einen elektromotorischen Antrieb angeschlossen ist.
10. Axialzyklon nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidegehäuse (1) als Rotor des elektromotorischen Antriebes ausgebildet ist.
11. Ölnebelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem stromab liegenden, durch folgende Merkmale gekennzeichneten .axialen Ende
- das drehbar gelagerte rohrförmige Abscheidegehäuse (1) mündet in einen sich radial erweiternden Aufnahmeraum (4) eines ortsfesten Aufnahmegehäuses,
- aus dem Aufnahmeraum (4) führt axial fluchtend zu der Rohrachse des Abscheidegehäuses (1) ein axial gegenüber dem betreffenden axialen Ende des rohrförmigen Abscheidegehäuses (1) beabstandeter Abführkanal (5) zur Ableitung des Gasanteiles des zuvor behandelten Ölnebels, während in einem geodätisch unten liegenden Bereich des Aufnahmeraums (4) eine Abflussöffnung (7) für abzuführendes Öl vorgesehen ist.
12. Ölnebelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (4) trichterförmig mit sich stromab erweiterndem Durchmesser ausgebildet ist.
13. Ölnebelabscheider nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das stromab liegende Ende des rohrförmigen Abscheidegehäuses (1) in einem konischen, sich in den Aufnahmeraum (4) hinein erstreckenden Trichterbereich (12) ausläuft, wobei zwischen dem Außenumfang des trichterförmigen Bereiches (12) und einer komplementär verlaufenden Außenwand des Aufnahmeraumes (4) ein Strömungsringkanal (13) mit einer etwa durchgehend gleichen Dicke mit einem offenen Auslauf an dessen, dem rohrförmigen Abscheidegehäuse (1) angrenzenden Ende ausgebildet ist.
14. Ölnebelabscheider nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite des Trichterbereiches (12) Strö- mungsleitmmittel (16) zur Erzeugung einer sich zu dem nach außen offenen Ende des Strömungsringkanales (13) hin ausbildenden Strömung vorgesehen sind.
15. Ölnebelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölnebelzu- und/oder -abfuhr in das beziehungsweise aus dem rohrförmigen Abscheidegehäuse (1) durch Übergänge zwischen einerseits einem ortsfesten Zuführkanal (3) und andererseits einem ortsfesten Abführkanal (5) gegenüber dem rohrförmigen Abscheidegehäuse (1) erfolgt, die reibungsfrei arbeitende Dichtungen in der Form eines Dichtspaltes aufweisen.
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