EP4148240A1 - Stationärer gasmotor mit einer belüftungsanordnung zur belüftung eines kurbelgehäuses - Google Patents

Stationärer gasmotor mit einer belüftungsanordnung zur belüftung eines kurbelgehäuses Download PDF

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EP4148240A1
EP4148240A1 EP22195411.8A EP22195411A EP4148240A1 EP 4148240 A1 EP4148240 A1 EP 4148240A1 EP 22195411 A EP22195411 A EP 22195411A EP 4148240 A1 EP4148240 A1 EP 4148240A1
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EP
European Patent Office
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intake
crankcase
arrangement
ventilation
gas engine
Prior art date
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Pending
Application number
EP22195411.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian GEBING
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2g Energy AG
Original Assignee
2g Energy AG
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Publication date
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    • F01M2013/0438—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil with a filter

Definitions

  • the present invention relates to a stationary gas engine according to the preamble of claim 1.
  • a gas engine has at least one cylinder and a crankcase. Combustion of a combustible gas-air mixture in the cylinder creates high pressure. In particular, this is greater than the pressure in the crankcase. Some of the gases escape as blow-by gases past the cylinder and into the crankcase. The crankcase must therefore be bled. The blow-by gases carry moisture into the crankcase. Depending on the engine, this moisture can condense in the crankcase. The resulting condensate mixes with the oil in the crankcase and impairs the oil quality. Water in the oil promotes the formation of unwanted oil sludge.
  • the risk of condensation can be reduced or eliminated by ventilating the crankcase.
  • scavenging air is introduced into the crankcase. This dilutes the blow-by gases and thus reduces the relative humidity in the crankcase.
  • the risk of condensation is reduced or eliminated.
  • the scavenging air is either taken from the environment and fed to the crankcase directly or after filtering through a scavenging air filter.
  • the scavenging air can alternatively come from an intake arrangement having a supercharger behind the supercharger be removed.
  • the intake air is available here at high pressure and can be directed into every part of the engine and especially into the crankcase. For this purpose, however, the pressure of a scavenging air taken from the intake arrangement behind a charger must be regularly reduced. This leads to unwanted energy losses.
  • the object of the present invention is to provide a stationary gas engine with a ventilation arrangement for ventilation of the crankcase, which is inexpensive, reliable and low-maintenance.
  • the ventilation arrangement comprises a ventilation line which extends from an extraction point of the intake arrangement to the crankcase. This forms a fluidically conductive connection.
  • scavenging air taken from the intake arrangement at the extraction point is routed through the ventilation line into the crankcase.
  • the intake assembly of a stationary gas engine is provided with an air cleaner. The scavenging air taken from the intake arrangement is thus already filtered. Another separate scavenging air filter can be omitted.
  • the ventilation arrangement also has a return line, which extends from a crankcase, in particular a removal point on the crankcase, to a return point on the intake arrangement.
  • a return line which extends from a crankcase, in particular a removal point on the crankcase, to a return point on the intake arrangement.
  • This also forms a fluidically conductive connection.
  • the gas flow taken from the crankcase is fed through the recirculation line returned to the return point on the intake assembly.
  • the extraction point is arranged between the air filter and a gas mixer in the intake arrangement.
  • the return point is arranged in the flow direction of the intake air behind the gas mixer in the intake arrangement.
  • the gas mixer is a device with which fuel gas and intake air are mixed before the fuel gas-air mixture travels further through the intake arrangement into the cylinder of the stationary gas engine in order to be burned there.
  • a gas mixer is typically designed as a Venturi nozzle. This narrows the cross section of the intake arrangement locally and increases the flow speed of the intake air. As a result, the pressure drops locally. At this point, such a gas mixer has an inlet for the fuel gas. Due to the locally lower pressure in the gas mixer, the fuel gas gets from the intake into the intake air.
  • the gas mixer causes a pressure drop in the intake air flowing through it.
  • This pressure difference causes part of the intake air at the extraction point to enter the crankcase as scavenging air through the ventilation line.
  • the scavenging air, together with the blow-by gases, travels via the return line via the return point into the intake arrangement and then into the at least one cylinder.
  • the ventilation line and the return line are unregulated. This means that no control valves are provided either in the ventilation line or in the return line.
  • the respective gas flows through the ventilation line and the return line adjust themselves automatically due to the resistances of the individual passive components with their respective pressure loss curves such that the pressure loss across the gas mixer and in the ventilation arrangement is the same in each case.
  • the individual volume flows at certain operating points of the gas engine result from the design of the passive components.
  • the stationary gas engine with the ventilation arrangement has a particularly simple design due to the fact that there are no control devices.
  • the gas engine is low-maintenance, inexpensive to manufacture and particularly reliable.
  • a balance is automatically established between the part of the intake air that enters the crankcase as scavenging air via the ventilation line and the part that passes through the gas mixer.
  • the exact division depends on the total volume flow entering the system and the design of the ventilation arrangement or the gas mixer.
  • the pressure losses through these are dependent on the respective line cross-sections and the dimensions of any other components in the respective lines as well as the gas volume flows passing through them.
  • the equilibrium is automatically established in such a way that, during operation, the pressure loss from the extraction point to the return point via the aeration arrangement is just as large as the pressure loss from the extraction point to the return point via the gas mixer.
  • the system has a particularly simple structure. No additional air filters or additional control or control valves with corresponding control or control devices are necessary.
  • Such a simple ventilation arrangement also heats up quickly when the stationary gas engine is started up. This further reduces the risk of condensate forming in the ventilation arrangement, particularly in the area after the crankcase.
  • the pressure at the extraction point is below the ambient pressure, since the intake air already experiences a certain pressure loss through the air filter.
  • the pressure is further reduced by the respective pressure losses in the gas mixer and in the aeration arrangement. This inevitably means that the pressure in the crankcase is also lower than the ambient pressure. If there are any leaks in the crankcase, the pressure drop between the crankcase and the environment reduces the risk of oil escaping from the crankcase.
  • the ventilation arrangement preferably has only one return point and one removal point.
  • the ventilation arrangement preferably has only one return point and one removal point.
  • An oil separator is preferably arranged in the return line, via which oil contained in the gas flow removed from the crankcase can be separated during operation.
  • the gases returned via the return line to the return point in the intake arrangement are composed of the scavenging air, the blow-by gases and any oil droplets carried along by the gas flow. These can be burned in the cylinder.
  • An oil separator makes it possible to separate a large part of this oil and, preferably, to return it to the crankcase. Alternatively, the separated oil can be fed to a waste oil tank, for example.
  • the oil separator particularly preferably has a cyclone filter. This can represent the only filter element of the oil separator or be designed as a pre-filter in front of a further filter element of the oil separator.
  • the ventilation arrangement enables a high volume flow through the ventilation line or the return line. This applies all the more when lines and installations with large cross-sections are used.
  • cyclone filters can be used effectively. Since cyclone filters do not have a filter medium that can become clogged over time, the service life of an oil separator with a corresponding cyclone filter is increased.
  • a stationary gas engine with a ventilation arrangement according to this development is therefore particularly low-maintenance.
  • a check valve is preferably arranged in the ventilation line. This prevents blow-by gases from flowing through the ventilation line instead of the return line get into the intake manifold. In particular, if an oil separator is arranged in the return line, this ensures that blow-by gases are routed via the oil separator.
  • the check valve particularly preferably has a valve body which is exclusively subjected to the force of gravity. In particular, this valve body is not subjected to a force in the direction of its valve seat by a spring element. In a stationary gas engine, the orientation of the check valve in space can be fixed relative to the direction of gravity, so that a check valve with a valve body that is only subjected to the force of gravity can be used.
  • a valve body of the check valve that is only subjected to the force of gravity has a particularly good opening behavior. It is very smooth-running and low-maintenance.
  • the check valve can be designed in such a way that it has a particularly low pressure loss when there is flow through it.
  • filter screens are arranged in the ventilation line in the direction of flow of the scavenging air before and after the check valve. These prevent any damage to the non-return valve from causing fragments to get into the intake arrangement and possibly into the cylinder and/or into other parts of the ventilation arrangement and possibly into the crankcase of the stationary gas engine. This reduces the risk of damage to the engine.
  • the check valve is designed as a Tesla valve. This is a passive fluidic valve. It comes without moving parts. As a result, it requires particularly little maintenance and has good opening behavior, since a mechanical valve body does not first have to be detached from a valve seat.
  • a throttle flap is preferably arranged in the intake arrangement, which regulates the quantity of the combustible gas/air mixture entering the stationary gas engine.
  • This throttle valve is located after the recirculation point in the intake assembly.
  • a throttle valve is a movable element that changes the cross section of the intake assembly and thus the amount of fuel gas/air mixture entering the cylinder(s) through the intake assembly. Due to the arrangement of the throttle valve behind the return point in the intake arrangement, the distribution of the gas volume flows flowing through the gas mixer and through the ventilation arrangement during operation is only indirectly influenced by the throttle valve. Otherwise, a corresponding control valve would have to be provided in the ventilation arrangement, at least for individual operating points, which regulates the volume flow analogously to the position of the throttle valve.
  • the throttle flap can also be arranged between the air filter and the extraction point in the intake arrangement.
  • the throttle valve only determines the total volume flow without influencing the distribution of the gas volume flows to the ventilation arrangement and the gas mixer. This arrangement makes it possible to use a throttle valve to control the gas engine while at the same time having a simple and low-maintenance construction of the ventilation arrangement.
  • the stationary gas engine preferably has a charger, in particular a turbocharger. This is arranged in the flow direction of the intake air behind the return point on the intake arrangement. The gases returned to the return point via the return line are thus returned to the intake arrangement upstream of the supercharger.
  • the stationary gas engine with the ventilation arrangement can thus be used both for supercharged gas engines and for gas engines designed as naturally aspirated engines.
  • An intercooler is particularly preferably arranged behind the charger in the direction of flow of the intake air. As a result, the performance of the gas engine can be further improved.
  • the amount of fuel gas-air mixture that can be introduced into the cylinder is increased by compression and intercooling.
  • the gas engine 2 comprises cylinders 8.
  • a fuel gas-air mixture is supplied to the cylinders 8 via an intake arrangement 10.
  • the intake arrangement 10 includes an air filter 12, through which ambient air is sucked in during operation and thereby filtered, and a gas mixer 14, in which the intake air is mixed with a fuel gas.
  • the crankcase 6 can be ventilated and vented via the ventilation arrangement 4 .
  • the ventilation arrangement 4 includes a ventilation line 16 which extends from an extraction point 18 to the crankcase 6 .
  • the tapping point is 18 located between the air filter 12 and the gas mixer 14 on the intake assembly 10 .
  • the ventilation line 16 has a check valve 20 . This prevents blow-by gases entering the crankcase 6 from the cylinder 8 from being able to return via the ventilation line 16 to the extraction point 18 in the intake arrangement 10 .
  • the ventilation arrangement 4 further includes a recirculation line 22 which directs gases taken from the crankcase 6 to the recirculation point 24 on the intake arrangement 10 .
  • the return point 24 is arranged behind the gas mixer 14 in the intake arrangement 10 in the flow direction of the intake air.
  • an oil separator 26 is arranged, which is presently designed as a filter.
  • the gas engine 2 in the embodiment according to 1 is designed as a supercharged engine.
  • the intake assembly includes a supercharger 28 . During operation, this compresses the fuel gas-air mixture via a compressor.
  • the charger can be designed in particular as an exhaust gas turbocharger.
  • a mixture cooler 30 is arranged behind the charger, via which the compressed fuel gas-air mixture can be cooled down. This increases the density of the fuel gas/air mixture and more fuel gas/air mixture can be introduced into the cylinder 8 .
  • a throttle flap 32 is arranged in the intake arrangement 10 behind the mixture cooler 30 . The quantity of the combustible gas/air mixture that reaches a cylinder 8 can be regulated via the throttle valve 32 .
  • a line leads from the oil separator 26 back into the crankcase 6. Oil separated in the oil separator 26 is fed back into the crankcase 6 via this line. Alternatively, the oil separated in the oil separator 26 can also be fed to a waste oil container. A line also leads from the supercharger 28 back into the crankcase, via which oil and any blow-by gases that escape via seals and/or bearings of the supercharger 28 are fed back into the crankcase 6 .
  • the ventilation arrangement 4 Apart from the check valve 20, there are no further valves, in particular no regulating or control valves, in the ventilation arrangement 4, in particular in the ventilation line 16 and the return line 22.
  • the air that entered through the air filter 12 and was sucked in by the charger 28 during operation is divided at the extraction point 18 into a scavenging air flow in the ventilation line 16 and an air flow passing through the gas mixer 14 .
  • the distribution is such that for the respective gas flows the pressure losses across the gas mixer 14 or through the ventilation arrangement 4 with the check valve 20, the ventilation line 16, the crankcase 6, the return line 22 and the oil separator 26 up to the return point 24 are the same.
  • the gas returned from the crankcase 6 from which at least some of the oil carried along has been removed in the oil separator 26 , is mixed in the return point 24 with the combustible gas-air mixture produced in the gas mixer 14 and compressed by the charger 28 .
  • the gases After a Cooling in the mixture cooler 30 and any throttling via the throttle valve 32, the gases enter the cylinder 8, where they are burned and then ejected via an exhaust system, not shown.
  • the oil separator 26 includes a cyclone filter 27, which is designed as a pre-filter.
  • the gas taken from the crankcase 6 via the return line 22 first enters the cyclone pre-filter 27 of the oil separator 26 .
  • a filter element of the oil separator 26 then follows.
  • the ventilation arrangement allows a volume flow through the return line 22, which allows efficient separation of oil in a cyclone pre-filter 27.
  • a cyclone filter 27 functions without a filter media that could become clogged and clogged over time. It is particularly low-maintenance.
  • the service life of a subsequent filter element of the oil separator 26 can be increased by a cyclone pre-filter 27 designed as a cyclone filter. It is also possible to realize the oil separator 26 only by a cyclone filter, as is the case in the exemplary embodiment according to FIG 3 is shown.
  • FIG. 4 shows another embodiment in which the oil filter 26 is designed as a cyclone filter.
  • the motor is not supercharged but is designed as a naturally aspirated motor.
  • the intake arrangement 10 has no charger 28 and no mixture cooler 30 .
  • the induction of air through the induction assembly 10 is through the cylinders 8.
  • a stationary gas engine in accordance with the invention with a ventilation system 4 for ventilation of the crankcase 6 of the gas engine 2 can thus be implemented both as a naturally aspirated engine and as a supercharged engine, in particular as a turbocharged engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen stationären Gasmotor (2) mit einer Belüftungsanordnung (4) zur Belüftung eines Kurbelgehäuses (6). Sie umfasst eine Ansauganordnung (10), durch die Ansaugluft in einen Zylinder (8) des stationären Gasmotors (2) gelangt. In der Ansauganordnung (10) sind in Strömungsrichtung der Ansaugluft hintereinander ein Luftfilter (12) und ein die Ansaugluft mit einem Brenngas mischender Gasmischer (14) angeordnet. Die Belüftungsanordnung (4) leitet durch eine Belüftungsleitung (16) Spülluft in das Kurbelgehäuse (6). Aus dem Kurbelgehäuse (6) entnommenes Gas wird über eine Rückführungsleitung (22) zu einer Rückführstelle (24) an der Ansauganordnung (10) zurückgeführt. Die Spülluft wird an einer Entnahmestelle (18) zwischen dem Luftfilter (12) und dem Gasmischer (14) aus der Ansauganordnung (10) entnommen. Das entnommene Gas zu einer Rückführstelle (24) zurückgeführt, die in Strömungsrichtung der Ansaugluft hinter dem Gasmischer (14) an der Ansauganordnung (10) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen stationären Gasmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein Gasmotor weist zumindest einen Zylinder und ein Kurbelgehäuse auf. Bei der Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs im Zylinder entsteht ein hoher Druck. Insbesondere ist dieser größer als der Druck im Kurbelgehäuse. Ein Teil der Gase gelangt als Blow-By Gase am Zylinder vorbei in das Kurbelgehäuse. Das Kurbelgehäuse muss daher entlüftet werden. Die Blow-By Gase tragen Feuchtigkeit in das Kurbelgehäuse ein. Je nach Motor kann es zu einer Kondensation dieser Feuchtigkeit im Kurbelgehäuse kommen. So entstehendes Kondensat vermischt sich mit Öl im Kurbelgehäuse und beeinträchtigt die Ölqualität. Wasser im Öl begünstigt die Bildung von unerwünschtem Ölschlamm.
  • Die Gefahr von Kondensatbildung kann durch eine Belüftung des Kurbelgehäuses verringert bzw. ausgeschlossen werden. Hierbei wird Spülluft in das Kurbelgehäuse eingebracht. Diese verdünnt die Blow-By Gase und senkt so die relative Feuchtigkeit im Kurbelgehäuse. Die Gefahr einer Kondensatbildung wird reduziert bzw. eliminiert. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Gasmotoren wird die Spülluft entweder aus der Umgebung entnommen und direkt oder nach Filterung durch einen Spülluftfilter dem Kurbelgehäuse zugeführt. Bei aufgeladenen Gasmotoren kann die Spülluft alternativ aus einer einen Lader aufweisenden Ansauganordnung hinter dem Lader entnommen werden. Die Ansaugluft steht hier mit einem hohen Druck zur Verfügung und kann in jeden Teil des Motors und insbesondere in das Kurbelgehäuse geleitet werden. Dafür muss der Druck einer hinter einem Lader aus der Ansauganordnung entnommenen Spülluft jedoch regelmäßig reduziert werden. Hierbei kommt es zu unerwünschten Energieverlusten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen stationären Gasmotor mit einer Belüftungsanordnung zur Belüftung des Kurbelgehäuses bereitzustellen, der kostengünstig, zuverlässig und wartungsarm ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Belüftungsanordnung eine Belüftungsleitung umfasst, die sich von einer Entnahmestelle der Ansauganordnung zu dem Kurbelgehäuse erstreckt. Diese bildet eine fluidisch leitende Verbindung aus. Im Betriebsfall wird an der Entnahmestelle aus der Ansauganordnung entnommene Spülluft durch die Belüftungsleitung in das Kurbelgehäuse geleitet. Die Ansauganordnung eines stationären Gasmotors ist mit einem Luftfilter versehen. Die aus der Ansauganordnung entnommene Spülluft ist somit bereits gefiltert. Ein weiterer separater Spülluftfilter kann entfallen.
  • Erfindungsgemäß weist die Belüftungsanordnung weiterhin eine Rückführungsleitung auf, die sich von einer vom Kurbelgehäuse, insbesondere einer Entnahmestelle am Kurbelgehäuse zu einer Rückführstelle an der Ansauganordnung erstreckt. Diese bildet ebenfalls eine fluidisch leitende Verbindung aus. Im Betriebsfall wird die aus dem Kurbelgehäuse entnommene Gasströmung durch die Rückführungsleitung zu der Rückführstelle an der Ansauganordnung zurückgeleitet. Dabei ist die Entnahmestelle zwischen dem Luftfilter und einem Gasmischer in der Ansauganordnung angeordnet. Die Rückführstelle ist in Strömungsrichtung der Ansaugluft hinter dem Gasmischer in der Ansauganordnung angeordnet.
  • Der Gasmischer ist eine Vorrichtung, mit der Brenngas und Ansaugluft gemischt werden, bevor das Brenngas-Luft-Gemisch über den weiteren Verlauf der Ansauganordnung in den Zylinder des stationären Gasmotors gelangt, um dort verbrannt zu werden. Typischerweise ist ein solcher Gasmischer als eine Venturi-Düse ausgebildet. Diese verengt den Querschnitt der Ansauganordnung lokal und erhöht die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft. Hierdurch sinkt lokal der Druck ab. An dieser Stelle weist ein solcher Gasmischer einen Einlass für das Brenngas auf. Durch den lokal niedrigeren Druck im Gasmischer gelangt das Brenngas aus dem Einlass in die Ansaugluft.
  • Der Gasmischer bewirkt einen Druckverlust der ihn durchströmenden Ansaugluft. Vor dem Gasmischer, im Bereich der Entnahmestelle, herrscht ein höherer Druck als hinter dem Gasmischer, im Bereich der Rückführstelle. Diese Druckdifferenz bewirkt, dass ein Teil der Ansaugluft an der Entnahmestelle als Spülluft durch die Belüftungsleitung in das Kurbelgehäuse gelangt. Dort vermischt sie sich mit Blow-By Gasen und verdünnt diese. Über die Rückführungsleitung gelangt die Spülluft zusammen mit den Blow-By Gasen über die Rückführstelle in die Ansauganordnung und anschließend in den zumindest einen Zylinder.
  • Erfindungsgemäß sind die Belüftungsleitung und die Rückführungsleitung dabei ungeregelt. Dies bedeutet, dass weder in der Belüftungsleitung noch in der Rückführungsleitung irgendwelche Regelventile vorgesehen sind. Die jeweiligen Gasströme durch die Belüftungsleitung und die Rückführungsleitung stellen sich automatisch aufgrund der Widerstände der einzelnen passiven Komponenten mit ihren jeweiligen Druckverlustkurven so ein, dass der Druckverlust über den Gasmischer und in der Belüftungsanordnung jeweils gleich ist. Die einzelnen Volumenströme bei bestimmten Betriebspunkten des Gasmotors ergeben sich aufgrund der Auslegung der passiven Bauelemente. Der stationäre Gasmotor mit der Belüftungsanordnung ist durch den Verzicht auf Regeleinrichtungen besonders einfach aufgebaut. Der Gasmotor ist wartungsarm, günstig herstellbar und besonders zuverlässig.
  • Für jeden Betriebspunkt des Motors stellt sich im Betriebsfall automatisch ein Gleichgewicht ein zwischen dem Teil der Ansaugluft, der als Spülluft über die Belüftungsleitung in das Kurbelgehäuse gelangt, und dem Teil, der durch den Gasmischer hindurchtritt. Die genaue Aufteilung ist abhängig vom Gesamtvolumenstrom, der in das Systemeintritt sowie den Auslegungen der Belüftungsanordnung bzw. des Gasmischers. Die Druckverluste durch diese sind abhängig von den jeweiligen Leitungsquerschnitten und den Abmessungen etwaiger weiterer Bauteile in den jeweiligen Leitungen sowie den jeweils durch diese hindurchtretenden Gasvolumenströmen. Das Gleichgewicht stellt sich automatisch derart ein, dass im Betriebsfall der Druckverlust von Entnahmestelle zur Rückführstelle über die Belüftungsanordnung genauso groß ist wie der Druckverlust von Entnahmestelle zur Rückführstelle über den Gasmischer.
  • Eine Regelung des Spülluftstroms über Regelventile entfällt. Das System ist besonders einfach aufgebaut. Es sind keine zusätzlichen Luftfilter oder zusätzliche Regeloder Steuerventile mit entsprechenden Regel- oder Steuervorrichtungen notwendig. Eine solchermaßen einfache aufgebaute Belüftungsanordnung heizt zudem beim Anfahren des stationären Gasmotors schnell auf. Hierdurch wird die Gefahr von Kondensatbildung in der Belüftungsanordnung, insbesondere im Bereich nach dem Kurbelgehäuse weiter verringert. Im Betriebsfall liegt der Druck an der Entnahmestelle unterhalb des Umgebungsdrucks, da die Ansaugluft durch den Luftfilter bereits einen gewissen Druckverlust erfährt. An der Rückführstelle ist der Druck durch die jeweiligen Druckverluste im Gasmischer bzw. in der Belüftungsanordnung weiter verringert. Hieraus ergibt sich zwangsläufig, dass der Druck im Kurbelgehäuse ebenfalls geringer als der Umgebungsdruck ist. Bei etwaigen Undichtigkeiten des Kurbelgehäuses wird durch das Druckgefälle zwischen Kurbelgehäuse und Umgebung die Gefahr eines ungewollten Ölaustritts aus dem Kurbelgehäuse verringert.
  • Vorzugsweise weist die Belüftungsanordnung nur jeweils eine Rückführstelle und eine Entnahmestelle auf. Durch den Verzicht auf mehrere Rückführstellen und/oder mehrere Entnahmestellen entfallen die andernfalls notwendigen komplexe Regelungsanordnungen mit mehreren Rückschlagventilen und/oder Regelventilen, um in Abhängigkeit der jeweiligen Druckverhältnisse im Betriebsfall eine Entnahme von Gasen aus der Ansauganordnung an einer Rückführstelle oder eine Rückführung von Gasen zu einer Entnahmestelle zu verhindern. Das erfindungsgemäße System ist besonders einfach und besonders wartungsarm aufgebaut.
  • Bevorzugt ist in der Rückführungsleitung ein Ölabscheider angeordnet, über den im Betriebsfall in der aus dem Kurbelgehäuse entnommenen Gasströmung enthaltenes Öl abscheidbar ist. Die über die Rückführungsleitung zur Rückführstelle in der Ansauganordnung zurückgeführten Gase setzen sich zusammen aus der Spülluft, den Blow-By Gasen sowie etwaigen von der Gasströmung mitgetragenen Öltropfen. Diese können im Zylinder verbrannt werden. Ein Ölabscheider ermöglicht es, einen großen Teil dieses Öls abzuscheiden und vorzugsweise in das Kurbelgehäuse zurückzuführen. Alternativ kann das abgeschiedene Öl beispielsweise einem Altölbehälter zugeführt werden. Besonders bevorzugt weist der Ölabscheider einen Zyklonfilter auf. Dieser kann das einzige Filterelement des Ölabscheiders darstellen oder als Vorfilter vor einem weiteren Filterelement des Ölabscheiders ausgestaltet sein. In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ermöglicht die Belüftungsanordnung einen hohen Volumenstrom durch die Belüftungsleitung bzw. die Rückführungsleitung. Dies gilt umso mehr, wenn Leitungen und Einbauten mit großen Querschnitten verwendet werden. Bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten können Zyklonfilter effektiv eingesetzt werden. Da Zyklonfilter kein Filtermedium aufweisen, dass sich im Laufe der Zeit zusetzen kann, wird die Standzeit eines Ölabscheiders mit einem entsprechenden Zyklonfilter erhöht. Ein stationärer Gasmotor mit einer Belüftungsanordnung entsprechend dieser Weiterbildung ist somit besonders wartungsarm.
  • Vorzugsweise ist in der Belüftungsleitung ein Rückschlagventil angeordnet. Dieses verhindert, dass Blow-By Gase statt über die Rückführungsleitung über die Belüftungsleitung in die Ansauganordnung gelangen. Insbesondere wenn in der Rückführungsleitung ein Ölabscheider angeordnet ist, wird so sichergestellt, dass Blow-By Gase über den Ölabscheider geführt werden. Besonders bevorzugt weist das Rückschlagventil einen Ventilkörper auf, der ausschließlich schwerkraftbeaufschlagt ist. Insbesondere wird dieser Ventilkörper nicht durch ein Federelement mit einer Kraft in Richtung seines Ventilsitzes beaufschlagt. In einem stationären Gasmotor kann die Ausrichtung des Rückschlagventils im Raum relativ zur Schwerkraftrichtung festgelegt werden, so dass ein Rückschlagventil mit einem lediglich schwerkraftbeaufschlagten Ventilköper verwendbar ist. Ein lediglich schwerkraftbeaufschlagter Ventilkörper des Rückschlagventils weist ein besonders gutes Öffnungsverhalten auf. Es ist sehr leichtgängig und wartungsarm. Zudem kann das Rückschlagventil so gestaltet werden, dass es bei einer Durchströmung einen besonders geringen Druckverlust aufweist.
  • Besonders vorzugsweise sind in der Belüftungsleitung in Strömungsrichtung der Spülluft vor und nach dem Rückschlagventil Filtersiebe angeordnet. Diese verhindern, dass bei einer etwaigen Beschädigung des Rückschlagventils entstehende Bruchstücke in die Ansauganordnung und ggf. bis in den Zylinder und/oder in weitere Teile der Belüftungsanordnung und ggf. in das Kurbelgehäuse des stationären Gasmotors gelangen. Hierdurch wird die Gefahr einer Beschädigung des Motors verringert.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist das Rückschlagventil als Tesla-Ventil ausgebildet. Hierbei handelt es sich um ein passives fluidisches Ventil. Es kommt ohne bewegliche Teile aus. Hierdurch ist es besonders wartungsarm und weist ein gutes Öffnungsverhalten auf, da nicht zunächst ein mechanischer Ventilkörper von einem Ventilsitz gelöst werden muss.
  • Bevorzugt ist in der Ansauganordnung eine Drosselklappe angeordnet, die die Menge des in den stationären Gasmotor gelangenden Brenngas-Luft-Gemisches regelt. Diese Drosselklappe ist hinter der Rückführstelle in der Ansauganordnung angeordnet. Eine Drosselklappe stellt ein bewegliches Element dar, das den der Querschnitt der Ansauganordnung und somit die Menge der durch die Ansauganordnung in den bzw. die Zylinder gelangenden Brenngas-Luft-Gemischs verändert. Durch die Anordnung der Drosselklappe hinter der Rückführstelle in der Ansauganordnung wird die Aufteilung der im Betriebsfall durch den Gasmischer und durch die Belüftungsanordnung strömenden Gasvolumenströme nur mittelbar durch die Drosselklappe beeinflusst. Andernfalls wäre zumindest für einzelne Betriebspunkte ein entsprechendes Regelventil in der Belüftungsanordnung vorzusehen, das den Volumenstrom analog zur Stellung der Drosselklappe regelt. Die Drosselklappe kann alternativ auch zwischen Luftfilter und Entnahmestelle in der Ansauganordnung angeordnet sein. In beiden Fällen bestimmt die Drosselklappe lediglich den Gesamtvolumenstrom ohne die Aufteilung der Gasvolumenströme auf die Belüftungsanordnung sowie den Gasmischer zu beeinflussen. Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung einer Drosselklappe zur Regelung des Gasmotors bei gleichzeitig einfachem und wartungsarmem Aufbau der Belüftungsanordnung.
  • Vorzugsweise weist der stationäre Gasmotor einen Lader, insbesondere einen Turbolader auf. Dieser ist in Strömungsrichtung der Ansaugluft hinter der Rückführstelle an der Ansauganordnung angeordnet. Die über die Rückführungsleitung zur Rückführstelle zurückgeführten Gase werden somit vor dem Lader in die Ansauganordnung zurückgeführt. Der stationäre Gasmotor mit der Belüftungsanordnung kann somit sowohl für aufgeladene Gasmotoren als auch für als Saugmotor ausgebildete Gasmotoren verwendet werden. Besonders bevorzugt ist in Strömungsrichtung der Ansaugluft hinter dem Lader ein Ladeluftkühler angeordnet. Hierdurch kann die Leistung des Gasmotors weiter verbessert werden. Die Menge des Brenngas-Luft-Gemischs, das in den Zylinder eingebracht werden kann, wird durch die Verdichtung und Ladeluftkühlung erhöht.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung mit beispielhaften erfindungsgemäßen Ausbildungen zu entnehmen. In den Figuren zeigt auf schematische Weise:
    • Fig. 1
    einen erfindungsgemäßen stationären Gasmotor mit einer Belüftungsanordnung,
    Fig. 2
    einen stationären Gasmotor mit einer Belüftungsanordnung in einer alternativen Ausführungsform mit einem Zyklonvorfilter,
    Fig. 3
    einen erfindungsgemäßen stationären Gasmotor mit einer Belüftungsanordnung in einer dritten Ausführungsform, bei dem der Ölabscheider als Zyklonfilter ausgebildet ist,
    Fig. 4
    einen erfindungsgemäßen stationären Gasmotor mit einer Belüftungsanordnung, wobei der Motor als Saugmotor und der Ölabscheider als Zyklonfilter ausgebildet ist.
  • Gleich oder ähnlich wirkende Teile sind - sofern dienlich - mit identischen Bezugsziffern versehen. Einzelne technische Merkmale der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele können mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit den Merkmalen einzelner vorher beschriebener Ausführungsbeispiele zu erfindungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden.
  • Fig. 1 zeigt einen stationären Gasmotor 2 mit einer Belüftungsanordnung 4 zur Belüftung eines Kurbelgehäuses 6. Der Gasmotor 2 umfasst Zylinder 8. Den Zylindern 8 wird über eine Ansauganordnung 10 ein Brenngas-Luft-Gemisch zugeführt. Die Ansauganordnung 10 umfasst einen Luftfilter 12, durch den im Betriebsfall Umgebungsluft angesaugt und dabei gefiltert wird, sowie einen Gasmischer 14, in dem die Ansaugluft mit einem Brenngas gemischt wird.
  • Über die Belüftungsanordnung 4 kann das Kurbelgehäuse 6 be- und entlüftet werden. Die Belüftungsanordnung 4 umfasst eine Belüftungsleitung 16, die sich von einer Entnahmestelle 18 zum Kurbelgehäuse 6 erstreckt. Die Entnahmestelle 18 ist zwischen dem Luftfilter 12 und dem Gasmischer 14 an der Ansauganordnung 10 angeordnet. Die Belüftungsleitung 16 weist ein Rückschlagventil 20 auf. Dieses verhindert, dass aus dem Zylinder 8 in das Kurbelgehäuse 6 eintretende Blow-By-Gase über die Belüftungsleitung 16 zur Entnahmestelle 18 in die Ansauganordnung 10 zurückgelangen können.
  • Die Belüftungsanordnung 4 umfasst weiterhin eine Rückführungsleitung 22, die aus dem Kurbelgehäuse 6 entnommene Gase zur Rückführstelle 24 an der Ansauganordnung 10 leitet. Die Rückführstelle 24 ist in Strömungsrichtung der Ansaugluft hinter dem Gasmischer 14 in der Ansauganordnung 10 angeordnet. In der Rückführungsleitung 22 ist ein Ölabscheider 26 angeordnet, der vorliegend als Filter ausgebildet ist.
  • Der Gasmotor 2 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist als aufgeladener Motor ausgebildet. Die Ansauganordnung weist einen Lader 28 auf. Dieser komprimiert im Betriebsfall über einen Verdichter das Benngas-Luft-Gemisch. Der Lader kann insbesondere als Abgasturbolader ausgebildet sein. Hinter dem Lader ist ein Gemischkühler 30 angeordnet, über den das verdichtete Brenngas-Luft-Gemisch heruntergekühlt werden kann. Hierdurch wird die Dichte des Brenngas-Luft-Gemischs erhöht, und es kann mehr Brenngas-Luft-Gemisch in den Zylinder 8 eingeführt werden. Hinter dem Gemischkühler 30 ist eine Drosselklappe 32 in der Ansauganordnung 10 angeordnet. Über die Drosselklappe 32 kann die Menge des Brenngas-Luft-Gemischs, das in einen Zylinder 8 gelangt, geregelt werden. Die konkrete Anordnung der Drosselklappe 32 kurz vor dem Zylinder 8 und insbesondere nicht zwischen der Entnahmestelle 18 und der Rückführstelle 24 ermöglicht, dass die Belüftungsanordnung 4, insbesondere der Volumenstrom der Spülluft, von der Drosselklappe 32 nur mittelbar beeinfluss wird. Von dem Ölabscheider 26 führt eine Leitung zurück in das Kurbelgehäuse 6. Über diese Leitung wird im Ölabscheider 26 abgeschiedenes Öl in das Kurbelgehäuse 6 zurückgeführt. Alternativ kann das im Ölabscheider 26 abgeschiedene Öl auch einem Altölbehälter zugeführt werden. Von dem Lader 28 führt ebenfalls eine Leitung zurück in das Kurbelgehäuse, über die Öl sowie etwaige Blow-By-Gase, die über Dichtungen und/oder Lager des Laders 28 austreten, in das Kurbelgehäuse 6 zurückgeführt werden.
  • Außer dem Rückschlagventil 20 finden sich in der Belüftungsanordnung 4, insbesondere in der Belüftungsleitung 16 sowie der Rückführungsleitung 22, keinerlei weitere Ventile, insbesondere keine Regel- oder Steuerventile. Die im Betriebsfall durch den Luftfilter 12 eingetretene und vom Lader 28 angesaugte Luft teilt sich an der Entnahmestelle 18 in einen Spülluftstrom in der Belüftungsleitung 16 sowie in einen durch den Gasmischer 14 hindurchtretenden Luftstrom auf. Die Aufteilung erfolgt so, dass für die jeweiligen Gasströme die Druckverluste über den Gasmischer 14 bzw. durch die Belüftungsanordnung 4 mit dem Rückschlagventil 20, der Belüftungsleitung 16, dem Kurbelgehäuse 6, der Rückführungsleitung 22 sowie dem Ölabscheider 26 bis zur Rückführstelle 24 gleich groß sind. Das aus dem Kurbelgehäuse 6 zurückgeführte Gas, aus dem im Ölabscheider 26 zumindest teilweise mitgeführtes Öl entfernt wurde, wird in der Rückführstelle 24 mit dem im Gasmischer 14 erzeugten Brenngas-Luft-Gemisch gemischt und über den Lader 28 verdichtet. Nach einer Kühlung in dem Gemischkühler 30 und einer etwaigen Drosselung über die Drosselklappe 32 gelangen die Gase in den Zylinder 8, wo sie verbrannt und anschließend über ein nicht dargestelltes Abgassystem ausgestoßen werden.
  • Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der der Ölabscheider 26 einen Zyklonfilter 27 umfasst, der als Vorfilter ausgestaltet ist. Das über die Rückführungsleitung 22 aus dem Kurbelgehäuse 6 entnommene Gas tritt zunächst in den Zyklonvorfilter 27 des Ölabscheiders 26 ein. Anschließend schließt sich ein Filterelement des Ölabscheiders 26 an. Die Belüftungsanordnung ermöglicht einen Volumenstrom durch die Rückführungsleitung 22, der eine effiziente Abscheidung von Öl in einem Zyklonvorfilter 27 ermöglicht. Ein Zyklonfilter 27 funktioniert ohne ein Filtermedium, das sich im Laufe der Zeit zusetzen und verstopfen könnte. Er ist besonders wartungsarm. Durch einen als Zyklonfilter ausgebildeten Zyklonvorfilter 27 kann die Standzeit eines nachfolgenden Filterelements des Ölabscheiders 26 erhöht werden. Es ist auch möglich, den Ölabscheider 26 lediglich durch einen Zyklonfilter zu realisieren, wie dies im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 dargestellt ist.
  • Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Ölfilter 26 als Zyklonfilter ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Motor jedoch nicht aufgeladen, sondern als Saugmotor ausgebildet. Die Ansauganordnung 10 weist keinen Lader 28 und keinen Gemischkühler 30 auf. Das Ansaugen von Luft durch die Ansauganordnung 10 erfolgt durch die Zylinder 8. Ein erfindungsgemäßer stationärer Gasmotor mit einem Belüftungssystem 4 zur Belüftung des Kurbelgehäuses 6 des Gasmotors 2 kann somit sowohl als Saugmotor als auch als aufgeladener Motor, insbesondere als turboaufgeladener Motor realisiert werden.

Claims (11)

  1. Stationärer Gasmotor (2) mit einer Belüftungsanordnung (4) zur Belüftung eines Kurbelgehäuses (6), umfassend zumindest einen Zylinder (8) und ein Kurbelgehäuse (6), mit einer Ansauganordnung (10), durch die Ansaugluft in den zumindest einen Zylinder (8) des stationären Gasmotors (2) gelangt, wobei in der Ansauganordnung (10) in Strömungsrichtung der Ansaugluft hintereinander ein Luftfilter (12) und ein die Ansaugluft mit einem Brenngas mischender Gasmischer (14) angeordnet sind, und wobei die Belüftungsanordnung (4) eine in das Kurbelgehäuse (6) einmündende und im Betriebsfall Spülluft in das Kurbelgehäuse (6) leitende Belüftungsleitung (16) sowie eine sich von dem Kurbelgehäuse (6) zu einer Rückführstelle (24) an der Ansauganordnung (10) erstreckende und im Betriebsfall eine dem Kurbelgehäuse (6) entnommene Gasströmung zu der Rückführstelle (24) zurückführenden Rückführungsleitung (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsleitung (16) sich von einer Entnahmestelle (18) an der Ansauganordnung (10) zum Kurbelgehäuse (6) erstreckend und im Betriebsfall an der Entnahmestelle (18) aus der Ansauganordnung (10) entnommene Spülluft in das Kurbelgehäuse (6) leitend angeordnet ist, wobei die Entnahmestelle (18) zwischen dem Luftfilter (12) und dem Gasmischer (14) angeordnet ist und wobei die Rückführstelle (24) in Strömungsrichtung der Ansaugluft hinter dem Gasmischer (14) angeordnet ist, wobei die Belüftungsleitung (16) und die Rückführungsleitung (22) ungeregelt sind.
  2. Stationärer Gasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsanordnung nur jeweils eine Rückführstelle (18) und Entnahmestelle (24) aufweist.
  3. Stationärer Gasmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführungsleitung (22) einen Ölabscheider (26) aufweist, über den im Betriebsfall in der entnommenen Gasströmung enthaltenes Öl abscheidbar ist.
  4. Stationärer Gasmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölabscheider (26) einen Zyklonfilter (27) aufweist.
  5. Stationärer Gasmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Belüftungsleitung (16) ein Rückschlagventil (20) angeordnet ist.
  6. Stationärer Gasmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (20) einen Ventilkörper aufweist, der schwerkraftbeaufschlagt ist.
  7. Stationärer Gasmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor und hinter dem Rückschlagventil (20) jeweils zumindest ein Filtersieb in der Belüftungsleitung (16) angeordnet ist.
  8. Stationärer Gasmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (20) als Tesla-Ventil ausgebildet ist.
  9. Stationärer Gasmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Menge des in den stationären Gasmotor (2) gelangenden Brenngas-Ansaugluft-Gemischs regelnde Drosselklappe (32) hinter der Rückführstelle in der Ansauganordnung (10) angeordnet ist.
  10. Stationärer Gasmotor (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Lader (28), insbesondere einen Turbolader, der in Strömungsrichtung der Ansaugluft hinter der Rückführstelle (24) der Ansauganordnung (10) angeordnet ist.
  11. Stationärer Gasmotor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Ladeluftkühler (30), der in Strömungsrichtung der Ansaugluft hinter dem Lader (30) in der Ansauganordnung (10) angeordnet ist.
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