EP1880085B2 - Centrifugal oil mist separation device integrated in an axial hollow shaft of an internal combustion engine - Google Patents

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EP1880085B2
EP1880085B2 EP06722839.5A EP06722839A EP1880085B2 EP 1880085 B2 EP1880085 B2 EP 1880085B2 EP 06722839 A EP06722839 A EP 06722839A EP 1880085 B2 EP1880085 B2 EP 1880085B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oil mist
separator
housing
camshaft
tubular
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06722839.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1880085B1 (en
EP1880085A1 (en
Inventor
Klaus Beetz
Andreas Enderich
Hartmut Sauter
Torsten Schellhase
Jürgen Stehlig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE102005042725A external-priority patent/DE102005042725A1/en
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP1880085A1 publication Critical patent/EP1880085A1/en
Publication of EP1880085B1 publication Critical patent/EP1880085B1/en
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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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2810/00—Arrangements solving specific problems in relation with valve gears
    • F01L2810/02—Lubrication
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a, in a centrifugal ⁇ lnebelabscheider founded according to the preamble of claim 1.
  • 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.
  • Out JP 08-2 84 634 A is a hollow camshaft with an integrated oil mist separator 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. At this opposite end engages axially a dip tube into the interior of the cavity of the camshaft, to dissipate therefrom the gas stream remaining after separation of the liquid phase.
  • 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 4,651,704 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.
  • Out JP-01096410A is a hollow Rickenwelle with an integrated ⁇ lnchel-Abborger observed known, wherein at a first end with radial ⁇ hnebelzu technological openings for introduced into the axial Holraum the shaft oil mist and at the second end respectively for discharge with on the one hand a radial ⁇ labtechnischskanal for oil separated as a liquid phase and ante an axial Gesableitungs channel for attributable to the separated portion of liquid ⁇ lnebelstrom.
  • the invention is primarily concerned with the problem of improving the efficiency of a centrifugal oil mist separator integrated into an axially hollow cam shaft of an internal combustion engine over the prior art known heretofore.
  • the invention is based in this respect on the general idea, a centrifugal oil mist separator with an integration in a hollow shaft of a To provide internal combustion engine, in which a pre-separation is combined in a firmly connected to the shaft outer region with a final or final deposition within the wave cavity.
  • the pre-separator serves to separate the liquid oil fraction, which is present in relatively large oil droplets, while in the region of the final deposition, the fine oil mist droplets are deposited.
  • a swirl is imposed on the oil mist stream within the wave cavity by means of a swirl generator. By this twist, these fine oil droplets are particularly effective to settle radially outward to accumulate on the inner peripheral surface of the wave cavity.
  • a relatively long flow path downstream of the swirl generator is particularly advantageous.
  • the swirl generator is therefore located in an axial region of the wave cavity, which is relatively close to the ⁇ lnebeleintrittsbe I. Downstream of the swirl generator should be present a flow length which corresponds as possible to about ten times the value of the flow cross section in which the swirl generator is located within the wave cavity.
  • 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 in such a way that a corresponding conveying effect can actually occur during a rotation of the shaft.
  • a radial discharge channel is provided at the end of the shaft, at which the gas portion of the oil mist stream is removed. From this drainage channel, this oil can escape only 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.
  • the pressure gradient within the separator housing may optionally be increased by the use of a pump.
  • the core of the trained as Axialzyklon ⁇ lknebelabscheiders consists of one, a shaft performing tubular Abscheidegephase 1. This is stored in motor-fixed abutments on low-friction bearing as possible. 2. On the inflow side leads a feed channel 3 an oil mist stream axially into the interior of the tubular separator housing 1. The feed channel 3 engages doing so circumferentially with a very small clearance in the interior of the tubular Abscheidegeophuses 1, whereby already a sufficient seal can be given if during operation of Axialzyklones in the interior there is a sufficient negative pressure relative to the atmosphere.
  • 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 separator housing 1, by which it is set in rotation, is not entered in the drawing, which is intended to represent the device only schematically.
  • a drive can attack at any point of the tubular separator housing 1.
  • care must be taken for extremely low-friction bearings 2, which is basically possible.
  • 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 execution after Fig. 1 can be provided for example in a cover of an internal combustion engine. In particular, almost all parts of the axial cyclone can be economically producible plastic parts. Also, 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 after Fig. 2 is housed within a motor housing 14.
  • the basic structure of this Axialzyklons corresponds to that after the execution in Fig. 1 , Functionally identical elements are therefore assigned the same reference numerals.
  • a pre-separator 8 On the inflow side, a pre-separator 8 is provided. Within this pre-separator 8, the structure of which will be explained in more detail below, radial feed openings 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 shell 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 according to Fig. 1 , in whose description is not discussed here, the task to put the cavity of the tubular Abscheidegeophuses flowing oil mist stream in a swirling flow to thereby downstream of the swirl generator 6 an accumulation separated, liquid oil on the inner wall of the tubular Abscheidegephases 1 in a particularly to achieve high levels.
  • 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 casing 1, to which the conical shell is fixed, before introducing this oil mist stream into the radial feed openings 9 into the interior of the tubular separation casing 1 arrives.
  • 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 penetrating into the cavity through the radial feed openings 9 is caused to spin by the swirl generator 6 located axially relatively close to these openings 9 in the cavity of the tubular separator housing 1.
  • the swirl generator 6 located axially relatively close to these openings 9 in 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. From the end of the tubular separator housing 1, a funnel region 12 protrudes into the receiving region 4 fixedly connected to the latter.
  • This flow-ring channel 13 opens in the region of the narrow end of the funnel region 12 outwardly into the enclosed by the motor housing wall 14 motor housing interior 15.
  • Strömungsleitstoff 16 are provided on the outer circumference of the funnel region.
  • any required drive means for the tubular separator housing 1 is not shown in the drawing.
  • the rotational energy for the tubular separator housing 1 may be sufficiently applied 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 funnel in the form of a conical shell 107 surrounds these oil mist supply openings 106.
  • the conical shell 107 has an axially closed and an axially open end, the closed end being at its narrow end and the end open end is located 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 circumferential surface of the conical shell 107 is formed Schnecken everydayartig and that in an area which is outlined in the drawing, each with a dotted line 111.
  • 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.
  • Due to the conical or funnel-shaped course of the conical shell 107 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 an 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 increases, 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 102 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 cross section 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 a ring 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, can drain into the separated liquid oil 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 arranged in the oil discharge passage 112.
  • 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 passage 113 is fixedly connected to the camshaft housing 103.
  • the interior of the camshaft housing 103 is sealed in the region of the oil discharge channel 103 with respect to this within an adjacent bearing 104 by an annular seal 116.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft eine, in eine Zentrifugal-Ölnebelabscheidereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a, in a centrifugal Ölnebelabscheidereinrichtung according to the preamble of claim 1.

Bekannt ist aus DE 102 26 695 A1 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 besitzt der mit einem radial innen liegenden, axialen Öffnungsspalt versehene erste Ringkanal in dessen äußerer Mantelfläche vorgesehene, nach radial außen führende Ölabflussöffnungen.It is known DE 102 26 695 A1 an axially hollow camshaft provided at one end with an oil separator means located circumferentially outwardly of 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. Via a further, axially adjoining second annular channel, 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. In this known embodiment of an integrated in a camshaft separator having provided with a radially inner, axial opening gap first annular channel in the outer lateral surface provided, leading radially outward oil drainage openings.

Diese Einrichtung funktioniert wie folgt.This facility works as follows.

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.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. In this 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.

Aus JP 08-2 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.Out JP 08-2 84 634 A is a hollow camshaft with an integrated oil mist separator 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. At this opposite end engages axially a dip tube into the interior of the cavity of the camshaft, to dissipate therefrom the gas stream remaining after separation of the liquid phase. 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 4,651,704 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. US 4,651,704 discloses a hollow camshaft in which oil separation occurs centrifugally within the camshaft cavity. For the entry of the oil mist in the cavity of the camshaft radial bores are provided over the length distributed. Separated, liquid oil also leaves the camshaft cavity via radial bores, also with a distribution of these bores over the length of the camshaft. In order to achieve a separation of liquid gas fractions of the oil mist within the camshaft cavity, 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. In this device, a centrifugal pre-separator is absent outside the cavity of the camshaft on the one hand and on the other hand no swirl generator for the oil mist stream flowing therethrough is provided in the cavity of the camshaft in this device.

Bei einer aus DE 199 31 740 A1 bekannten hohlen Nockenwelle erfolgt die Ölabscheidung aus einem Ölnebel in einem Ölnebel-Vorabscheider in einem Außenumfangsbereich der Nockenwelle. Der Ölnebel-Vorabscheider arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip wie derjenige nach DE 102 26 695 A1 . Der Hohlraum der Nockenwelle dient lediglich zu einer Ableitung desjenigen Teils des in den Vorabscheider eingeführten Ölnebelstromes, der von in dem Vorabscheider abgetrennten flüssigen Anteilen befreit ist.At one off DE 199 31 740 A1 known hollow camshaft oil separation takes place from an oil mist in an oil mist pre-separator in an outer peripheral portion of the camshaft. The oil mist pre-separator operates on a similar principle as the one after DE 102 26 695 A1 , The cavity of the camshaft serves only for a discharge of that part of the introduced into the pre-separator oil mist stream, which is freed from separated in the pre-separator liquid fractions.

Aus JP-01096410 A ist eine hohle Nochenwelle mit einer intergrierten Ölnchel-Abscheidereinrichtung bekannt, wobei an einem ersten Ende mit radialen Öhnebelzuführ Öffnungen für in den axialen Holraum der Welle einzuführenden Ölnebel und an dem zweiten Ende jeweils zur Ableitung mit einerseits einem radialen Ölableitungskanal für als Flüssigphase abgeschiedenes Öl und anterseits einem axialen Gesableitungs kanal für den nach dem abgetrennten Flüssigheitanteil verbleihenden Ölnebelstrom.Out JP-01096410A is a hollow Nochenwelle with an integrated Ölnchel-Abscheidereinrichtung known, wherein at a first end with radial Öhnebelzuführ openings for introduced into the axial Holraum the shaft oil mist and at the second end respectively for discharge with on the one hand a radial Ölableitungskanal for oil separated as a liquid phase and ante an axial Gesableitungs channel for attributable to the separated portion of liquid Ölnebelstrom.

Die Erfindung beschäftigt sich in erster Linie mit dem Problem, die Wirksamkeit einer in eine axial hohle Nocken Welle eines Verbrennungsmotors integrierten Zentrifugal-Ölnebelabscheidereinrichtung gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik zu verbessern.The invention is primarily concerned with the problem of improving the efficiency of a centrifugal oil mist separator integrated into an axially hollow cam shaft of an internal combustion engine over the prior art known heretofore.

Gelöst wird dieses Problem durch eine Einrichtung mit sämtlichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.This problem is solved by a device having all the features of patent claim 1.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5.Advantageous and expedient embodiments are subject of the dependent claims 2 to 5.

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- beziehungsweise Endabscheidung innerhalb des Wellenhohlraumes kombiniert wird. Dabei dient der Vorabscheider zur Abscheidung des flüssigen Ölanteils, der in relativ großen Öltröpfchen 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 Öltröpfchen sich besonders wirksam nach radial außen zu einem Ansammeln an der Innenumfangsfläche 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 Ölnebeleintrittsbe 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.The invention is based in this respect on the general idea, a centrifugal oil mist separator with an integration in a hollow shaft of a To provide internal combustion engine, in which a pre-separation is combined in a firmly connected to the shaft outer region with a final or final deposition within the wave cavity. The pre-separator serves to separate the liquid oil fraction, which is present in relatively large oil droplets, while in the region of the final deposition, the fine oil mist droplets are deposited. For the separation of the fine oil mist particles, a swirl is imposed on the oil mist stream within the wave cavity by means of a swirl generator. By this twist, these fine oil droplets are particularly effective to settle radially outward to accumulate on the inner peripheral surface of the wave cavity. For a correspondingly good separation within the camshaft cavity, a relatively long flow path downstream of the swirl generator is particularly advantageous. The swirl generator is therefore located in an axial region of the wave cavity, which is relatively close to the Ölnebeleintrittsbe I. Downstream of the swirl generator should be present a flow length which corresponds as possible to about ten times the value of the flow cross section in which the swirl generator is located within the wave cavity.

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.As a pre-separator is very well a conical or funnel-shaped, the radial oil mist supply openings surrounding, firmly connected to the shaft jacket whose narrow end is formed axially closed and associated with the radial oil mist supply openings adjacent. Through the axially wide end of the conical jacket can be separated aufzutrennender oil mist in the interior of this shell and from there through the radial Ölnebelzuführöffnungen flow into the cavity of the shaft. By given to the open end of the conical shell down inclination of the shell inner surface acts on the open shell end a maximum on the lateral surface centrifugal force, which decreases continuously according to the coat inclination to the axially closed shell end. By virtue of this centrifugal force gradient existing in the axial direction of the shell, 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 in such a way that a corresponding conveying effect can actually occur during a rotation of the shaft.

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.For the outflow of the oil mist stream, that is that portion which no longer contains the separated liquid fraction, it is advantageous to provide a stationary discharge channel whose inlet cross-section is axially aligned approximately in the associated end wall plane of the relevant camshaft end. This means, in particular, that the outflow cross section should not lie within a dip tube projecting into the interior of the wave cavity.

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.At the end of the shaft, at which the gas portion of the oil mist stream is removed, a radial discharge channel is provided according to the invention for draining liquid oil deposited by gravity. From this drainage channel, this oil can escape only 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.

Bei einem Einsatz eines erfindungsgemäßen, 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.When using an inventive, integrated in a camshaft of an internal combustion engine Ölnebelabscheiders within a motor housing whose downstream end for a gas back flow, that is, be designed for a return flow of oil droplets freed crankcase air. Further details can be found below a description of a corresponding embodiment.

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.When using a Ölnebelabscheiders invention can be provided on the upstream and downstream side seals that seal only in the form of a gap seal, that is not absolutely tight. This is made possible by the fact that the oil mist stream is sucked with negative pressure through the separation housing and indeed towards the air intake of the internal combustion engine. Such gap seals allow low, friction losses caused by the seal.

Das Druckgefälle innerhalb des-Abscheidegehäuses kann gegebenenfalls durch den Einsatz einer Pumpe erhöht werden.The pressure gradient within the separator housing may optionally be increased by the use of a pump.

Ölnebelabscheider in der Form eines Axialzyklones sind an sich bereits in vielfachen Ausführungen bekannt und zwar beispielsweise aus DE 102 26 695 A1 , JP 08-284 634 A , US 4,651,704 und DE 199 31 740 A1 . Diese bekannten Axialzyklone sind jeweils in der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors integriert. Voraussetzung hierfür ist, dass solche Nockenwellen als Hohlwellen ausgebildet sind.Ölnebelabscheider in the form of an axial cyclone are already known in many versions and indeed, for example DE 102 26 695 A1 . JP 08-284 634 A . US 4,651,704 and DE 199 31 740 A1 , These known axial cyclones are each integrated in the camshaft of an internal combustion engine. The prerequisite for this is that such camshafts are designed as hollow shafts.

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.Moreover, it is known, such Axialzyklone in the crankshaft of an internal combustion engine ( DE 196 08 503 C2 ) or in balance shafts of an internal combustion engine ( DE 197 06 383 C2 ) to integrate.

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.With these integration solutions, the integration measures to be taken are sometimes quite complex. In addition, an integration in rotating motor elements is only possible if they are already excluded tubular or such recesses are simply vornehmbar in this.

Weitere bekannte, jedoch mit der vorliegenden Erfindung nicht konkret vergleichbare Ölnebelabscheider sind bekannt aus DE 103 38 770 A1 (Zyklonabscheider mit rotierenden Abscheidetellern innerhalb eines mitrotierenden Gehäuses), US 3,561,195 A (Schaufelradrotor mit axialer Strömungsumlenkung um 180°), DE 199 14 166 A1 (Zentrifuge ohne rotierendes Außengehäuse), DE 100 63 903 A1 (Zentrifuge ohne rotierendes Außengehäuse), DE 35 41 204 A1 (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 A1 (Zentrifuge ohne ausgeprägte Axialströmung), WO 02/44 530 A1 (Zentrifuge ohne rotierendes Außengehäuse), KR 200 300 16 847 A (Zentrifuge ohne rotierendes Außengehäuse).Other known, but not specifically comparable with the present invention Ölnebelabscheider are known from DE 103 38 770 A1 (Cyclone separator with rotating separator plates within a co-rotating housing), US 3,561,195 A (Paddle wheel rotor with axial flow deflection by 180 °), DE 199 14 166 A1 (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 4,189,310 (Centrifuge without significant axial flow), US 1,979,025 (Centrifuge without pronounced axial flow), EP 0 98 70 53 A1 (Centrifuge without pronounced axial flow), WO 02/44 530 A1 (Centrifuge without rotating outer housing), KR 200 300 16 847 A (Centrifuge without rotating outer housing).

Vorteilhafte, nachstehend näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung jeweils schematisch dargestellt.Advantageous, explained in more detail below embodiments are shown schematically in the drawing.

In dieser zeigen

Fig. 1
einen Längsschnitt durch einen, außerhalb eines Mo- torgehäuses angebrachten Axialzyklon, welcher nicht Gegenstand der Erfindung ist
Fig. 2
einen Schnitt durch einen innerhalb eines Motorge- häuses angebrachten Axialzyklon, welches nicht Gegenstand der Erfindung ist
Fig. 3
einen Längsschnitt durch einen, in eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors integrierten Ölnebelab- scheiders.
In this show
Fig. 1
a longitudinal section through an attached outside of a motor housing Axialzyklon, which is not the subject of the invention
Fig. 2
a section through an attached inside a motor housing axial cyclone, which is not the subject of the invention
Fig. 3
a longitudinal section through a, integrated in a camshaft of an internal combustion engine Ölnebelab-.

Ausführung nach Fig. 1Embodiment of FIG. 1

Das Kernstück des als Axialzyklon ausgebildeten Ölknebelabscheiders besteht aus einem, eine Welle darstellenden rohrförmigen Abscheidegehäuse 1. Gelagert ist dieses in motorfesten Widerlagern über möglichst reibungsarme Lager 2. Anströmseitig 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 Abscheidegehäuses 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.The core of the trained as Axialzyklon Ölknebelabscheiders consists of one, a shaft performing tubular Abscheidegehäuse 1. This is stored in motor-fixed abutments on low-friction bearing as possible. 2. On the inflow side leads a feed channel 3 an oil mist stream axially into the interior of the tubular separator housing 1. The feed channel 3 engages doing so circumferentially with a very small clearance in the interior of the tubular Abscheidegehäuses 1, whereby already a sufficient seal can be given if during operation of Axialzyklones in the interior there is a sufficient negative pressure relative to the atmosphere.

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.On the output side, 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. Axially in alignment with the tubular separator housing 1 leads from the receiving space 4, a discharge channel 5. 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.

Ein Antriebselement für das rohrförmige Abscheidegehäuse 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 Strömungsenergie 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 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.A drive element for the tubular separator housing 1, by which it is set in rotation, is not entered in the drawing, which is intended to represent the device only schematically. However, such a drive can attack at any point of the tubular separator housing 1. Optionally, can be dispensed with a separate drive when the flow energy of the oil mist stream is sufficient to drive the tubular separator housing 1 via the swirl generator 6. In such a case, care must be taken for extremely low-friction bearings 2, which is basically possible. If necessary, 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 execution after Fig. 1 can be provided for example in a cover of an internal combustion engine. In particular, almost all parts of the axial cyclone can be economically producible plastic parts. Also, the abutment and connections for the axial cyclone can be rationally integrated into elements of the engine, which are made in particular of plastic.

Ausführung nach Fig. 2Embodiment of 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.The axial cyclone after Fig. 2 is housed within a motor housing 14. The basic structure of this Axialzyklons corresponds to that after the execution in Fig. 1 , Functionally identical elements are therefore assigned the same reference numerals.

Unterschiede bestehen bei der Zu- und Abfuhr des Ölnebels bzw. der aus dem Ölnebel abzuführenden voneinander getrennten Komponenten.There are differences in the supply and removal of the oil mist or the separated from the oil mist separated components.

Einströmseitig ist ein Vorabscheider 8 vorgesehen. Innerhalb dieses Vorabscheiders 8, dessen Aufbau nachstehend noch näher erläutert wird, befinden sich radiale Zuführöffnungen 9 in das Innere des rohrförmigen Abscheidegehäuses 1.On the inflow side, a pre-separator 8 is provided. Within this pre-separator 8, the structure of which will be explained in more detail below, radial feed openings 9 are located in the interior of the tubular separator housing 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 axial geschlossenes und ein axial offenes Ende, wobei das geschlossene Ende an dessen engem und das offene Ende an dessen weitem Öffnungsquerschnitt liegt.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 shell 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.

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.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 according to Fig. 1 , in whose description is not discussed here, the task to put the cavity of the tubular Abscheidegehäuses flowing oil mist stream in a swirling flow to thereby downstream of the swirl generator 6 an accumulation separated, liquid oil on the inner wall of the tubular Abscheidegehäuses 1 in a particularly to achieve high levels. 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.

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, rohrförmigen 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.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. As it passes through the annulus within the conical shell of the hopper 10, the oil mist stream is rotated by the rotating tubular casing 1, to which the conical shell is fixed, before introducing this oil mist stream into the radial feed openings 9 into the interior of the tubular separation casing 1 arrives. 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, in turn, 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. Thus, the conical jacket fulfills the function of a pre-separator 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 Drallerzeuger 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.The main separation takes place in the cavity of the tubular separator housing 1. The oil mist stream penetrating into the cavity through the radial feed openings 9 is caused to spin by the swirl generator 6 located axially relatively close to these openings 9 in the cavity of the tubular separator housing 1. As a result, 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.

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.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 Abscheidegehäuses.

An dem, zu dem Drallerzeuger 6 abströmseitig gelegenen Ende erfolgt eine getrennte Abfuhr einerseits abgetrennter Ölflüssigkeit 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 Motorgehäusewand 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.At the, to the swirl generator 6 downstream end there is a separate discharge on the one hand separated oil liquid through a drain opening 7 and on the other hand, the gas portion, which is discharged through a discharge channel 5. 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. From the end of the tubular separator housing 1, a funnel region 12 protrudes into the receiving region 4 fixedly connected to the latter. Between the outer circumference of this funnel region 12 and an outer wall of the approximately complementary outer wall This flow-ring channel 13 opens in the region of the narrow end of the funnel region 12 outwardly into the enclosed by the motor housing wall 14 motor housing interior 15. In order to effect a backflow of gas fractions from the oil mist stream, which are exempt from oil fractions or to promote 12 corresponding Strömungsleitmittel 16 are provided on the outer circumference of the funnel region.

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.As in the execution after Fig. 1 are any required drive means for the tubular separator housing 1 is not shown in the drawing. As in the execution after Fig. 1 For example, the rotational energy for the tubular separator housing 1 may be sufficiently applied by the oil mist stream itself and reacted in the swirl generator.

Ausführungsbeispiel nach Fig. 3Exemplary embodiment according to FIG. 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.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.

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 Ölnebelzuführöffnungen 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 Ölnebelzuführöffnungen 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.An oil mist stream, to be separated from the oil as the liquid phase is indicated by arrows A. According to these 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. In the area of the oil mist supply openings 106, coaxial with the axis of the camshaft 101, a funnel in the form of a conical shell 107 surrounds these oil mist supply openings 106. The conical shell 107 has an axially closed and an axially open end, the closed end being at its narrow end and the end open end is located at its wide opening cross-section.

In dem Hohlraum 102 der Nockenwelle 101 ist mit einem relativ geringen axialen Abstand zu den Ölnebelzuführungsöffnungen 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.In the cavity 102 of the camshaft 101, 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.

Die Innenmantelfläche des konischen Mantels 107 ist schneckenförderartig 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.The inner circumferential surface of the conical shell 107 is formed Schneckenförderartig and that in an area which is outlined in the drawing, each with a dotted line 111. As it flows through the annulus within the conical shell 106, 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. Due to the conical or funnel-shaped course of the conical shell 107, 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 an 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 increases, 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. Thus, the conical jacket 107 fulfills the function of a pre-separator.

Eine weitere "End"- 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.Further "tail" or "after" deposition occurs in the cavity 102 of the camshaft 101. The oil mist stream entering the cavity 102 through the radial oil mist supply openings 106 becomes through the swirl generator 108 axially relatively close to these openings in the cavity 102 of the camshaft 101 put in a spin. As a result, liquid oil components within the oil mist stream can settle particularly effectively as oil film 109 on the inner wall of the cavity 102 of the camshaft 101.

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.A flow of the oil mist through the conical jacket as a pre-separator and the cavity 102 of the camshaft 102 is generated by a negative pressure, the cavity 102 of the camshaft 101 is exposed.

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 Öff-nungsquerschnitt des Gasableitungskanals 113 kann mit demjenigen des Hohlraumes 102 der Nockenwelle 101 identisch sein.At the end of the camshaft 102 downstream of the swirl generator 108, there is a separate removal on the one hand of separated oil liquid through an oil discharge channel 112 and, on the other hand, of the gas component which is removed through a gas discharge channel 113. 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 cross section of the gas discharge passage 113 may be identical to that of the cavity 102 of the camshaft 101.

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 Ölableitungskanals 112 geht in einen etwa rohrförmigen Kanalabschnitt über, in den abgeschiedenes flüssiges Öl schwerkraftbedingt 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,The oil discharge passage 112 is formed adjacent to the respective end of the camshaft 101 as a ring 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, can drain into the separated liquid oil 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 arranged in the oil discharge passage 112. 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. As a result, a pressure equalization between the cavity 102 of the camshaft 101 on the one hand and the crank chamber of the internal combustion engine on the other hand avoided. This has the advantage that separated oil droplets do not have to overcome an outflow resistance when leaving the cavity 102 of the camshaft 101 due to such a pressure compensation, which at least tends to be harmful to separation,

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.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. For this purpose, only one Stemmwerkzeug 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.

Zwischen den Lagern 104 der Nockenwelle 101 sind über die Länge verteilt Nocken 115 vorgesehen.Between the bearings 104 of the camshaft 101 are distributed over the length cam 115 is provided.

Der Gasableitungskanal 113 ist fest mit dem Nockenwellengehäuse 103 verbunden. Das Innere des Nockenwellengehäuses 103 ist in dem Bereich des Ölableitungskanals 103 gegenüber diesem innerhalb eines benachbarten Lagers 104 durch eine Ringdichtung 116 gedichtet.The gas discharge passage 113 is fixedly connected to the camshaft housing 103. The interior of the camshaft housing 103 is sealed in the region of the oil discharge channel 103 with respect to this within an adjacent bearing 104 by an annular seal 116.

Claims (5)

  1. A centrifugal oil mist separator device of an internal combustion engine, integrated in a tubular separator housing that rotates during the separating operation, wherein the separator housing is formed by an axially hollow camshaft (101), the tubular separator housing being provided
    - at a first end, with radial oil mist inlet openings (106) for the oil mist to be fed into the axial hollow space of the tubular separator housing, and
    - at the second end, in each case for discharging, with a radial oil discharge channel (112) for oil separated as a liquid phase on the one hand, and on the other hand, with an axial gas discharge channel (113) for the oil mist flow remaining after the separated liquid fraction, characterized in that
    - a centrifugal oil mist pre-separator is arranged upstream of the radial oil mist inlet openings (106) as a pre-separator fixedly connected to the tubular separator housing, and
    - a swirl generator (108) is provided as a final separator within the axial hollow space of the tubular separator housing (1).
  2. The centrifugal oil mist separator device according to claim 1,
    characterized in
    that the pre-separator is designed as a conical jacket coaxially surrounding the tubular separator housing and enclosing the radial oil mist inlet openings (106), wherein its narrow end is closed axially and is assigned and adjacent to the radial oil mist inlet openings (106).
  3. The centrifugal oil mist separator device according to claim 2,
    characterized in
    that the inner surface of the conical jacket of the pre-separator is designed in the form of a conveyor screw with a conveying direction toward the wide end of the conical jacket.
  4. The centrifugal oil mist separator device according to any one of the preceding claims,
    characterized in
    that the swirl generator (108) represents a component which is inserted into the axial hollow space of the tubular separator housing and which is fixed therein after insertion by deformation of the shaft material.
  5. The centrifugal oil mist separator device according to any one of the preceding claims,
    characterized in
    that the axial gas discharge channel (113) provided at the second end of the tubular separator housing is designed to be axially aligned upstream of the separators housing's associated front end in a position that is stationary with respect to the rotatably mounted tubular separator housing.
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