WO2016119938A1 - Steuerbare ölabscheideeinrichtung - Google Patents

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WO2016119938A1
WO2016119938A1 PCT/EP2015/076462 EP2015076462W WO2016119938A1 WO 2016119938 A1 WO2016119938 A1 WO 2016119938A1 EP 2015076462 W EP2015076462 W EP 2015076462W WO 2016119938 A1 WO2016119938 A1 WO 2016119938A1
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WO
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control member
oil
counter
flow
section
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PCT/EP2015/076462
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English (en)
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Ulf MÜLLER
Robert Reichelt
Tony Stein
Johannes-Michael Carl ZITRON
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Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • F01M2013/0438Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil with a filter

Definitions

  • the present invention relates to an oil separation device for the separation of oil from a gas stream for venting a crankcase of an internal combustion engine, with an inflow side, which is fluidly connected to the crankcase of the internal combustion engine and from which the ⁇ labscheide overlooked with the oil-laden gas stream can be flowed against and with an outflow side, which is in fluid communication with the intake tract of the internal combustion engine and in which the substantially purified by oil gas flow from the ⁇ labscheide skills can be flowed off.
  • one of the ⁇ labscheide worn downstream side pressure control valve is used to limit the negative pressure in the crankcase of the engine downwards.
  • Negative pressure prevail, wherein it is also known that the limitation of the negative pressure by the pressure regulating valve, for example, up to 30 mbar to 50 mbar.
  • This pressure control takes place by the flow resistance at the pressure regulating valve is increased, resulting in a further reduction of the flow cross-section, but this is done without improving the separation efficiency.
  • the available flow energy is thus not used for deposition, since the pressure control valve is usually already flowed through with the purified gas stream.
  • the subsequently published DE 10 2013 111 955 AI shows a generic type oil separation device for the separation of oil from a gas stream of the type described above, wherein a first control member is provided, with which a first flow cross-section of the gas stream is controlled by the blow-by gas pressure in the crankcase and there is provided a second control member, which is connected downstream of the first control member and with which a second Strömungsqurites is variable, wherein the second control member is controlled by a negative pressure in the intake tract.
  • the two control elements operate independently of each other, wherein the gas flow is deflected several times between the upstream side and the downstream side by the successive variable flow cross sections.
  • each deflection of the gas stream produces a pressure drop which can only be used to a limited extent for the separation of oil from the gas stream.
  • the flow cross-sectional constriction that can be generated by a control device should accelerate the flow velocity of the gas stream with the entrained oil droplets and impinge against a separation body. Only through the acceleration of the gas flow with the oil droplets, the separation efficiency is particularly increased because the gas flow with the entrained oil not only impinges on the surface of the Abscheide stresses and is deflected while the oil expires at the Abscheide endeavor, but the gas stream penetrates with appropriate design of the Abscheide endeavors in this one or even flows through this.
  • an inertia effect of the oil, in particular finer oil droplets and optionally further particles at higher gas velocities come to fruition, so that the gas stream penetrates deeper into the separation body with the oil and / or with other particles or even flows through them.
  • the separation efficiency is increased in a special way, and the gas stream is particularly advantageously cleaned from the oil at an accelerated impact on the separation body.
  • the goal here is the, Number of flow cross sections and deflections of the gas stream essentially only to be used to accelerate the gas flow impinge on the separation body. Deflections, which deflect the gas flow independently of the impingement of the gas flow on the separation body and thus cause a pressure loss, should as far as possible be avoided.
  • the separation body is distributed only locally, for example scattered on the circumference, by the oil-laden gas stream, since only a few flow openings are introduced in the base body.
  • the object of the invention is the development of a Olabscheide founded in which there is a reduced flow resistance for the gas flow between the upstream side and the downstream side. In particular, it should be avoided that the gas flow is deflected several times.
  • the invention includes the technical teaching that a control member is provided, which is adapted to form a variable flow cross-section between the upstream side and the downstream movable, wherein the control member for changing the flow cross-section has an effective surface, which with the inflowing from the inflow side and with Oil-laden gas stream can be acted upon, and wherein a counter-control member is provided which is adapted to be moved to act on the control member, wherein the counter-control member is controllable by means of a negative pressure arising on the downstream side.
  • control element for forming the variable flow cross section is thus controlled by two factors: on the one hand, the control element is controlled by its effective area, which is acted upon by the oil-laden gas flow from the upstream side. Overlaying the counter-control member acts on the control member, this action depends on the negative pressure on the downstream side.
  • the counter-control member is advantageously set up so that it comes to bear against the control element with an increasing negative pressure on the outflow side and the movement of the control member can limit the enlargement of the flow cross-section, for example with an increasing volume flow of blow-by gas.
  • the volume flow of occurring blow-by gas increases with increasing load, determined by the torque of the internal combustion engine, and the volume flow of occurring blow-by gas increases substantially with increasing speed.
  • the combustion pressures increase causing an increase in blow-by gas.
  • the negative pressure on the downstream side increases with increasing speed and load, wherein the opening cross-section is limited by the action of the counter-control member on the control member when a large amount of blow-by gas from the upstream side first causes the opening of the control member.
  • the counter control member controls against the opening movement of the control member, so that the increase in the flow cross-section is limited again.
  • the flow cross-section between the upstream side and the downstream side is reduced again, by the increased amount of blow-by gas and the same higher negative pressure on the downstream side, for example, at high load and high speed, a particularly good separation efficiency is achieved because of Gas stream can flow through the flow cross-section greatly accelerated.
  • the control member advantageously comprises a control disk or a control ring and the flow cross-section has with further advantage a ring cross-section which is formed between the control member and a main body of the oil separator.
  • the ring cross-section need not have a circular shape, but advantageously the ring cross-section can be understood as a circumferential, closed cross-section. It is conceivable that this is formed in a circle around a central axis around, however, the annular cross section may also be elliptical, oval, rectangular or executed in any other form.
  • the control disk or the control ring is preferably moved with a peripheral edge relative to a base body, so that between the base body and the edge of the control disk or the control ring of the circumferential flow cross-section is formed. Removes the edge of the control disk or the control ring farther from the body, so increases the flow area, approaches the edge of the control disk or the control ring to the body, so reduces the flow area. Without the advent of a blow-by gas flow can thereby reach the edge of the control disk or the control ring on the body to the plant.
  • the oil separation device has with further advantage to a separation body, which is arranged so that it can be flowed with the passing through the flow cross-section gas flow and the entrained oil.
  • the separation body is adapted with particular advantage to the course of the annular cross-section of the flow cross-section, for example, the separation body may surround the control member in the form of the control disk or disposed within the control ring, so that the passing through the flow cross-section gas stream correspondingly accelerated impinges on the surface of the AbscheideSystems or in this even penetrates.
  • the separation body consists of a nonwoven material.
  • the counter-control member is preferably arranged so that it performs a lifting movement depending on the negative pressure on the downstream side, which preferably extends in an axis with the lifting movement of the control member, caused by an influx with blow-by gas from the upstream side.
  • the counter-control member preferably has a pressure body for acting on the control member, which mainly or exclusively carries out the lifting movement.
  • the pressure body is thus at a Increasing negative pressure on the downstream side moves against the control member and brought to rest on this.
  • the counter-control member has a pressure-body surrounding the elastically movable membrane, via which the pressure body is finally received movably.
  • the pressure body and the membrane can be formed in one piece and have a rubber-elastic material.
  • the membrane forms an extension of the contact body, which surrounds it completely and which becomes thinner with increasing radius.
  • the counter-control member it is also possible for the counter-control member to comprise further elements in order to fulfill further functions, if necessary, so that the counter-control member does not necessarily have to be made in one piece.
  • the membrane is designed with an outer edge, and the outer edge is immovably enclosed in the housing of the ⁇ labscheid issued.
  • the Anyakharm performs during operation thus within the membrane movement such as a speaker, with only the outer edge of the membrane is firmly enclosed in the housing.
  • a return spring element which biases the pressure body in a rest position in which an action on the control member is prevented by the counter control member. Increases the negative pressure on the downstream side, and moves the pressure body in the direction of the control member, this movement is carried out by increasing the bias of the return spring element. If the negative pressure decreases again, then the return spring element returns the pressure body of the counter control member back to its rest position, in which the pressure body is held at a distance from the control member.
  • the control element itself can also be prestressed by a spring element, so that the flow cross-section is reduced by a force effect of the spring element.
  • the spring element thereby pulls the control member against the base body, so that a peripheral edge of the control member, for example, designed as a control disk or as a control ring, abuts against the base body, especially if there is no occurrence of blow-by gas prevails. If the blow-by gas volume increases on the inflow side and acts against the active surface of the control member, a force is exerted on the control member, which acts against the force of the spring element and lifts the control member from the base body.
  • the self-adjusting flow cross section is a consequence of an equilibrium of forces between the spring element and the pressurization of the effective surface of the control member by the blow-by gas.
  • the negative pressure on the outflow side also lifts the control element away from the main body, since a suction effect also acts on the control element.
  • the control element is designed as a control ring, it can be prestressed against the basic body in an inherently elastic manner.
  • the control ring forms, for example, an annular disc which is received on the outer circumference of the base body, and with the inner edge of the control ring is applied, for example, against another edge of the body.
  • the counter-control member has a projection through which the separation body is compressed during a movement of the counter-control member.
  • the projection is formed according to the further embodiment of a ring insert, which also stabilizes the pressure body in the transition to the membrane of the counter control member.
  • the ring insert is designed for example as a sheet metal ring or as dimensionally stable plastic ring.
  • the separation body can soak with a larger amount of deposited oil, and performs the counter-control member a stronger movement against the control member, which has a larger stroke, the separation body is compressed by the projection in a lifting movement and thus wrung out.
  • Has a larger lifting movement of the counter-control member has taken place and the projection has wrung the separation body, which is formed for example of a resiliently acting nonwoven material, thereby the absorption capacity of the separation body for receiving oil from the gas stream is improved again.
  • At least one oil separation path is preferably provided, via which the oil deposited on the separation body is supplied, for example, to the crankcase of the internal combustion engine.
  • At least one further flow opening is provided between the inflow side and the outflow side, so that a further flow path of the gas flow is formed parallel to the flow cross section.
  • the main body of the oil separation device separates the inflow region from the outflow region, and the further flow openings are or repeatedly introduced in the base body, so that the gas flow can flow not only through the flow cross section, which can be changed by the control member, but the gas flow can also flow through the flow opening arranged parallel to the flow cross-section.
  • the gas stream can also be accelerated, and on the outflow side of the flow openings is advantageously the separation body, for example with a further portion thereof.
  • the flow through the flow openings takes place without influence of the counter-control member, so that the flow openings form a bypass to the control member in operative connection with the counter-control member, especially in very strong blow-by gas flows.
  • At least one sliding element is provided, which is mitbewegbar with the movement of the counter-control member, wherein the sliding element increasingly closes the flow opening during a movement of the counter-control member by an increasing negative pressure on the downstream side.
  • a flow opening is preferably assigned in each case a sliding element, wherein it is also advantageous that the sliding elements are formed as a further element of the counter control member.
  • the sliding element is integrally formed on the ring insert, which encloses the pressure body of the counter control member.
  • the possibility is created to control a single flow cross section in the oil separator for passing the oil-laden gas stream on the one hand in dependence on the gas pressure in the crankcase and on the other hand in dependence on the negative pressure in the intake.
  • the goal is achieved to also use the energy potential for pressure control of the gas pressure in the crankcase to improve the separation efficiency, and the use of the energy potential is substantially in each operating point of the internal combustion engine in an optimal manner.
  • the improvement of the embodiment according to the invention over the solutions described above is in particular that only a flow cross-section is provided, which is controlled both by the gas pressure in the crankcase and by the negative pressure in the intake. As a result, no unnecessary deflections of the gas flow, whereby unnecessary pressure losses are avoided, which do not contribute to increase the separation efficiency.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an oil separation device in one
  • Fig. 2 shows the embodiment of the oil separation device according to FIG. 1 with an increased amount of blow-by gas, the negative pressure on the outflow side still being low,
  • Fig. 3 shows the embodiment of the oil separator according to FIGS. 1 and 2, wherein an increased negative pressure prevails on the downstream side
  • Fig. 4 is a modified embodiment of the oil separator
  • Fig. 5 is a further modified embodiment of the
  • ⁇ labscheide With an embodiment of the ⁇ labscheide Road to a counter control member with which a AbscheideSh is compressible and Fig. 7 shows a modified embodiment of the oil separation device with a control member which is designed as a control ring.
  • FIGs 1, 2 and 3 each show a same ⁇ labscheide worn 1 in different operating conditions.
  • the oil separator 1 serves to separate oil from a gas stream 10 for venting a crankcase of an internal combustion engine.
  • the oil separator 1 on an inflow side 11 and an outflow side 12.
  • the upstream side 11 is fluidly connected to the crankcase of the internal combustion engine and the downstream side 12 is fluidly connected to the intake manifold of the internal combustion engine.
  • Figure 2 shows the ⁇ labscheide issued 1 with an increased amount of blow-by gas on the inflow side 11, wherein a low negative pressure prevails unchanged on the downstream side 12.
  • FIG. 3 shows the oil separation device 1 with an increased amount of blow-by gas on the upstream side 11 and with an increased negative pressure on the downstream side 12.
  • the amount of blow-by gas increases at an increased rotational speed of the internal combustion engine, or As shown in Figure 2, at an increased torque of the internal combustion engine.
  • a stronger negative pressure on the outflow side 12 prevails at higher speeds and loads of the internal combustion engine.
  • turbocharged engines on the downstream side 12 there is a strong negative pressure in the engine map at high speeds and at high load.
  • the oil separation device 1 has a base body 19, and the base body 19 is flowed through during operation with a gas stream 10.
  • the gas stream 10 flows to the oil separator 1 via the inflow side 11, and the gas stream 10 leaves the oil separator 1 via the downstream side 12.
  • a control member 13 is movably received, and against a surface or edge of the base body 19 forms the Control member 13 a variable flow area 14 in the transition between the inflow side 11 and the Outflow side 12.
  • the control member 13 has an active surface 15 which is acted upon by the oil-laden gas stream 10 from the inflow side 11.
  • a counter-control member 16 is received at least partially movable, wherein the counter-control member 16 by means of the negative pressure on the downstream side 12 is controllable.
  • a separation body 20 is accommodated in the main body 19, for example from a nonwoven material shaped into a sleeve, and the oil-laden gas stream 10 which flows through the flow cross-section 14 passes directly after passing through the flow cross-section 14 Separator 20 and partially penetrates into this.
  • the separation body 20 serves to separate the oil in the gas stream 10, so that the gas stream 10 leaves the oil separation device 1 on the downstream side 12 again in a state substantially freed from the oil.
  • the control member 13 is executed in the embodiment shown as a flat control disk 17, and the flow cross section 14 is formed by a circumferential annular cross section, wherein the annular cross section is limited by the peripheral outer edge of the control disk 17 and a corresponding edge on the base body 19.
  • the control disk 17 is a Spring element 24 biased against the opposite edge of the body 19.
  • the separation body 20 serves to separate the oil from the gas stream 10 and adjacent to the separation body 20, shown in the lower region, there is an oil separation path 32, via which the separated oil is returned to the crankcase of the internal combustion engine.
  • the separation body 20 is designed sleeve-shaped and surrounds the outer circumference of the control disk 17, so that the separation body 20 is not only locally from the inside at isolated locations but over the entire circumference with the gas stream 10 is flown.
  • the outer region of the separation body 20 is fluidically connected to the outflow side 12, wherein the base body 19 encloses this region as a pot-shaped housing.
  • a counter-control member 16 is arranged, and the counter-control member 16 has a pressure body 21, which merges into a membrane 23 on the outside.
  • the counter-control member 16 is via an outer edge 27 of the membrane 23rd received in a housing 28 of the oil separation device 1, wherein the housing 28 is formed on the underside of the base body 19.
  • the pressure body 21 is received in a liftable manner in the housing 28, and the pressure body 21 is in adjoining arrangement to the control disk 17. If the negative pressure on the outflow side 12 increases, the pressure body 21 is in particular also on the active surface, by the Membrane 23 is formed, sucked in the direction of the control disk 17. It is possible that the lifting movement of the pressure body 21 is so large that the pressure body 21 comes to rest against the control disk 17 and limits the opening movement of the control disk 17 to increase the flow cross-section 14. The movement of the pressure body 21 in the direction of the control disk 17 is effected under compression of a return spring element 26, which biases the pressure body 21 into a rest position in which an action on the control member 13 is prevented by the counter-control member 16.
  • the gas flow 10 acts on the active surface 15 of the control disk 17 with an increased force, so that the control disk 17 continues to lift off the base body 19 and increases the flow cross-section 14.
  • a slight negative pressure prevails on the outflow side 12, so that it is expedient that the flow cross-section 14 remains enlarged, see FIG. 2.
  • FIG 4 shows a modified embodiment of the Olabscheide worn 1 with a control member 13 in the form of a control disk 17, wherein the control disk 17 has a guide rod 33, on which a spring element 25 is seated.
  • the spring element 25 biases the control disk 17 against the base body 19 in such a way that the annular flow cross-section 14 is reduced or closed by the force of the spring element 25.
  • the control disk 17 is lifted off the base body 19, and the separation body 20 is flowed accordingly.
  • a modified embodiment of the arrangement and design of the control member 13 is shown, wherein the control disk 17 is guided over the guide rod 23 in the base body 19.
  • a plurality of flow openings 30 are shown, through which the gas flow passes from the inflow side 11 into the outflow side 12, whereby the flow path formed by the flow openings 30 runs parallel to the flow path through the flow cross section 14.
  • FIG. 5 shows in a modified form the oil separation device 1 with the flow openings 30 according to FIG. 4, which form a flow path between the inflow side 11 and the outflow side 12 parallel to the flow cross section 14 through the control disk 17.
  • the counter-control element 16 comprises a ring insert 34 on which sliding elements 31 are formed. Increases the negative pressure on the downstream side 12 and moves the counter-control member 16 against the control disk 17, the sliding elements 31 can close the flow openings 30.
  • the flow cross-section 14 is reduced, and at the same time closed flow openings 30, the separation body 20 with a strong accelerated gas flow 10 to maximize the separation efficiency flowed.
  • Figure 6 shows an embodiment of the oil separator 1 with an annular circumferential projection 29 on the ring insert 34 of the counter-control member 16. If the counter-control member 16, as shown by the arrow, moves against the control disk 17, so the projection 29 moves against the also having a ring cross-section separating body 20 and squeeze this together. Thereby, oil that has accumulated in the separation body 20, wrung out of this and returned, for example via the ⁇ labscheidepfad 32 back into the crankcase of the internal combustion engine.
  • the projection 29 has a cross-sectional shape which is adapted to the cross-sectional shape of the separation body 20.
  • the projection 29 is provided with through-holes, so that an overflow of the gas stream 10 can take place from the inflow side 11 into the outflow side 12 without the entire gas flow 10 having to flow through the separation body 20.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the oil separation device 1 with a control element 13, which is designed as a control ring 18.
  • the inflow side 11 and the outflow side 12 extend concentrically with each other, and below the control ring
  • control member 13 If the control member 13 is acted upon by the effective surface 15 with the gas flow 10 from the inflow side 11, so the inside of the control ring 18 lifts from the main body
  • the separating body 20 is flown by the gas flow 10 from the outside, wherein the movement of the control member 13 for springing up and spring-back is carried out by an inherent elasticity of the control ring 18.
  • the control ring 18 is firmly received on the housing 28 of the oil separator 1 in a manner not shown in detail, and the inner edge of the control ring 18 lifts elastically from the edge of the base body 19 and forms the variable opening and closing flow cross section 14th

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölabscheideeinrichtung (1) zur Abscheidung von Ölaus einem Gasstrom (10) zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, mit einer Anströmseite (11), die mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine strömungsmäßig in Verbindung bringbar ist und aus der die Ölabscheideeinrichtung (1) mit dem mit Öl beladenen Gasstrom (10) anströmbar ist und mit einer Abströmseite (12), die mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine strömungsmäßig in Verbindung bringbar ist und in den der von Öl im Wesentlichen gereinigte Gasstrom (10) aus der Ölabscheideeinrichtung (1) abströmbar ist. Erfindungsgemäß ist ein Steuerorgan (13) vorgesehen, das zur Bildung eines änderbaren Strömungsquerschnittes (14) zwischen der Anströmseite (11) und der Abströmseite (12) beweglich eingerichtet ist, wobei das Steuerorgan (13) zur Änderung des Strömungsquerschnittes (14) eine Wirkfläche (15) aufweist, welche mit dem von der Anströmseite (11) einströmenden und mit Öl beladenen Gasstrom (10) beaufschlagbar ist, und wobei ein Gegensteuerorgan (16) vorgesehen ist, das zur Einwirkung auf das Steuerorgan (13) beweglich eingerichtet ist, wobei das Gegensteuerorgan (16) mittels eines auf der Abströmseite (12) entstehenden Unterdrucks steuerbar ist.

Description

Steuerbare ölabscheideeinrichtung
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ölabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, mit einer Anströmseite, die mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine strömungsmäßig in Verbindung bringbar ist und aus der die Ölabscheideeinrichtung mit dem mit Öl beladenen Gasstrom anströmbar ist und mit einer Abströmseite, die mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine strömungsmäßig in Verbindung bringbar ist und in dem der von Öl im Wesentlichen gereinigte Gasstrom aus der Ölabscheideeinrichtung abströmbar ist.
STAND DER TECHNIK
Bei nicht schaltbaren Ölabscheideeinrichtungen zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, dem sogenannten Blow-by-Gasstrom, ist die zur Ölabscheidung relevante Strömungsgeometrie meist nicht veränderlich über dem anliegenden Volumenstrom an Blow-by-Gas. Dadurch wirkt die Ölabscheideeinrichtung bei geringen Volumenströmen hinsichtlich der erreichbaren Abscheideleistung relativ schlecht, bei hohen Volumenströmen des Blow-by- Gases hingegen wirkt die Ölabscheideeinrichtung zwar verbessert, in der Ölabscheideeinrichtung wird jedoch aufgrund der festen Geometrie des mit dem Gasstrom durchströmten Strömungspfades ein quadratischer Anstieg des Druckverlustes mit dem Volumenstrom erzeugt.
Bei sogenannten schaltbaren Ölabscheideeinrichtungen wird über ein meist federbelastetes Element mit einem zunehmenden Volumenstrom an Blow-by-Gas ein größerer Strömungsquerschnitt zur Durchströmung des Gasstromes freigegeben. Damit wird der Abscheidegrad über einen größeren Bereich an Volumenstrom des Blow-by-Gases relativ konstant gehalten. Der Druckverlust über dem gesamten System nimmt jedoch zu.
In Motorlastpunkten, in denen ein großer Unterdruck im Ansaugtrakt vorhanden ist, insbesondere bei turboaufgeladenen Motoren, dient ein der Ölabscheideeinrichtung strömungsseitig nachgeschaltetes Druckregelventil dazu, den Unterdruck im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine nach unten hin zu begrenzen. Beispielsweise kann vor dem Turbolader einer Brennkraftmaschine bis zu 60 mbar bzw. im Saugrohr bis zu 300 mbar Unterdruck vorherrschen, wobei weiterhin bekannt ist, dass die Begrenzung des Unterdruckes durch das Druckregelventil beispielsweise bis zu 30 mbar bis 50 mbar beträgt. Diese Druckregelung findet statt, indem der Strömungswiderstand am Druckregelventil erhöht wird, wodurch sich eine weitere Verringerung des Strömungsquerschnittes ergibt, allerdings erfolgt dies ohne dabei die Abscheideleistung zu verbessern. Die zur Verfügung stehende Strömungsenergie wird dadurch nicht zur Abscheidung genutzt, da das Druckregelventil in der Regel bereits mit dem gereinigten Gasstrom durchströmt wird.
Beispielsweise zeigt die nachveröffentlichte DE 10 2013 111 955 AI eine gattungsbildende Ölabscheideeinrichtung zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom der eingangs beschriebenen Bauart, wobei ein erstes Steuerorgan vorgesehen ist, mit dem ein erster Strömungsquerschnitt des Gasstromes durch den Blow-by-Gasdruck im Kurbelgehäuse steuerbar ist und es ist ein zweites Steuerorgan vorgesehen, das dem ersten Steuerorgan nachgeschaltet ist und mit dem ein zweiter Strömungsqurschnitt veränderbar ist, wobei das zweite Steuerorgan durch einen Unterdruck im Ansaugtrakt gesteuert wird . Dadurch ergeben sich bereits zwei nacheinander folgende Strömungsquerschnitte, sodass sich ein jedoch die Strömungswiderstände addieren. Die beiden Steuerorgane arbeiten unabhängig voneinander, wobei der Gasstrom zwischen der Anströmseite und der Abströmseite durch die aufeinander folgenden veränderbaren Strömungsquerschnitte mehrfach umgelenkt wird . Nachteilhafterweise erzeugt jede Umlenkung des Gasstromes einen Druckverlust, der nur bedingt zur Abscheidung von Öl aus dem Gasstrom genutzt werden kann .
Die durch ein Steuerorgan erzeugbare Strömungsquerschnittsverengung soll die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes mit dem mitgeführten Öltröpfchen beschleunigen und gegen einen Abscheidekörper auftreffen lassen. Erst durch die Beschleunigung des Gasstromes mit den Öltröpfchen wird die Abscheideleistung besonders erhöht, da der Gasstrom mit dem mitgeführten Öl nicht nur auf der Oberfläche des Abscheidekörpers auftrifft und umgelenkt wird, während das Öl am Abscheidekörper abläuft, sondern der Gasstrom dringt bei entsprechender Ausgestaltung des Abscheidekörpers in diesen ein oder durchströmt diesen sogar. Dabei kann ein Trägheitseffekt des Öles, insbesondere feinere Öltröpfchen und gegebenenfalls zusätzlich weitere Partikel bei höheren Gasgeschwindigkeiten zum Tragen kommen, sodass der Gasstrom mit dem Öl und/oder mit weiteren Partikeln tiefer in den Abscheidekörper eindringt oder diesen sogar durchströmt. Dadurch wird auf besondere Weise die Abscheideleistung erhöht, und der Gasstrom wird bei einem beschleunigten Auftreffen auf den Abscheidekörper besonders vorteilhaft vom Öl gereinigt. Ziel ist es vorliegend, die Anzahl von Strömungsquerschnitten und Umlenkungen des Gasstromes im Wesentlichen nur dazu zu nutzen, den Gasstrom beschleunigt auf den Abscheidekörper auftreffen zu lassen. Umlenkungen, die unabhängig vom Auftreffen des Gasstromes auf den Abscheidekörper den Gasstrom umlenken und damit einen Druckverlust verursachen, sollen möglichst vermieden werden.
Weiterhin ist von Nachteil, dass der Abscheidekörper nur lokal, beispielweise vereinzelt auf dem Umfang verteilt, von dem mit Öl beladenen Gasstrom beaufschlagt wird, da im Grundkörper nur vereinzelte Strömungsöffnungen eingebracht sind. Wünschenswert wäre jedoch eine größerflächige Beaufschlagung des Abscheidekörpers mit dem mit Öl beladenen Gasstrom.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Olabscheideeinrichtung, bei der sich für den Gasstrom zwischen der Anströmseite und der Abströmseite ein verringerter Strömungswiderstand ergibt. Insbesondere soll vermieden werden, dass der Gasstrom mehrfach umgelenkt wird .
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Olabscheideeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Steuerorgan vorgesehen ist, das zur Bildung eines änderbaren Strömungsquerschnittes zwischen der Anströmseite und der Abströmseite beweglich eingerichtet ist, wobei das Steuerorgan zur Änderung des Strömungsquerschnittes eine Wirkfläche aufweist, welche mit dem von der Anströmseite einströmenden und mit Öl beladenen Gasstrom beaufschlagbar ist, und wobei ein Gegensteuerorgan vorgesehen ist, das zur Einwirkung auf das Steuerorgan beweglich eingerichtet ist, wobei das Gegensteuerorgan mittels eines auf der Abströmseite entstehenden Unterdrucks steuerbar ist.
Ausgehend von einer Olabscheideeinrichtung der eingangs beschriebenen Art liegt der Kern der Erfindung in der Zusammenführung der Funktion des ersten Steuerorgans und des zweiten Steuerorgans, sodass beide Funktionen mit nur noch einem den Strömungsquerschnitt bildenden Steuerorgan erfüllt werden können, indem ein weiteres Organ, gebildet durch das Gegensteuerorgan, nicht mehr direkt an der Bildung des Strömungsquerschnittes beteiligt ist sondern auf das Steuerorgan wirkt. Dabei bleibt die Möglichkeit erhalten, den Strömungsquerschnitt sowohl über dem aufkommenden Blow-by- Gasstrom als auch über den Unterdruck auf der Abströmseite zu steuern. Erreicht wird die kombinierte Steuerbarkeit über ein einziges Steuerorgan dadurch, dass ein Gegensteuerorgan vorgesehen ist, das auf das Steuerorgan zur Bildung des Strömungsquerschnittes einwirken kann. Hierzu dient ein beweglich eingerichtetes Steuerorgan, wobei die Einwirkung auf das Steuerorgan abhängig ist von dem Unterdruck auf der Abströmseite. Beispielsweise ist es möglich, dass bei einem stärkeren Unterdruck auf der Abströmseite die Einwirkung des Gegensteuerorgans auf das Steuerorgan stärker wird, bei einer Abschwächung des Unterdrucks auf der Abströmseite kann auch die Einwirkung wieder schwächer werden oder sogar ausbleiben. Das Steuerorgan zur Bildung des änderbaren Strömungsquerschnittes wird folglich durch zwei Faktoren gesteuert: einerseits wird das Steuerorgan über seine Wirkfläche gesteuert, die mit dem mit Öl beladenen Gasstrom von der Anströmseite beaufschlagt wird . Überlagernd wirkt das Gegensteuerorgan auf das Steuerorgan ein, wobei diese Einwirkung vom Unterdruck auf der Abströmseite abhängt.
Das Gegensteuerorgan ist vorteilhafterweise so eingerichtet, dass dieses bei einem ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite gegen das Steuerorgan zur Anlage gelangt und die Bewegung des Steuerorgans kann die Vergrößerung des Strömungsquerschnittes begrenzen, beispielsweise bei einem ansteigenden Volumenstrom an Blow-by-Gas. In der Regel steigt der Volumenstrom an auftretendem Blow-by-Gas mit zunehmender Last, bestimmt durch das Drehmoment der Brennkraftmaschine, und der Volumenstrom an auftretendem Blow-by-Gas steigt im Wesentlichen auch mit zunehmender Drehzahl . Bei höherem Drehmoment steigen die Verbrennungsdrücke, die ein erhöhtes Aufkommen an Blow-by-Gas verursachen . Der Unterdruck auf der Abströmseite steigt bei steigender Drehzahl und Last, wobei der Öffnungsquerschnitt durch die Einwirkung des Gegensteuerorgans auf das Steuerorgan dann begrenzt wird, wenn ein großes Aufkommen an Blow-by-Gas von der Anströmseite zunächst das Öffnen des Steuerorgans verursacht. Bei zunehmendem Unterdruck, steuert das Gegensteuerorgan gegen die Öffnungsbewegung des Steuerorgans, sodass die Vergrößerung des Strömungsquerschnittes wieder begrenzt wird . Damit wird der Strömungsquerschnitt zwischen der Anströmseite und der Abströmseite wieder verkleinert, durch das vergrößerte Aufkommen an Blow-by-Gas und durch den gleichzeitig höheren Unterdruck auf der Abströmseite, beispielsweise bei hoher Last und hoher Drehzahl, wird eine besonders gute Abscheideleistung erzielt, da der Gasstrom stark beschleunigt durch den Strömungsquerschnitt hindurchströmen kann. Bleibt das Aufkommen an Blow-by-Gas an der Abströmseite erhalten, und sinkt der Unterdruck auf der Abströmseite wieder ab, beispielsweise bei fallender Drehzahl, so nimmt die Einwirkung des Gegensteuerorgans auf das Steuerorgan wieder ab, und der Strömungsquerschnitt kann sich wieder vergrößern.
Das Steuerorgan umfasst vorteilhafterweise eine Steuerscheibe oder einen Steuerring und der Strömungsquerschnitt weist mit weiterem Vorteil einen Ringquerschnitt auf, der zwischen dem Steuerorgan und einem Grundkörper der Ölabscheideeinrichtung gebildet wird . Im Sinne der vorliegenden Erfindung muss der Ringquerschnitt keine Kreisform aufweisen, jedoch kann vorteilhafterweise der Ringquerschnitt als ein umlaufender, geschlossener Querschnitt verstanden werden. Dabei ist es denkbar, dass dieser kreisförmig um eine Mittelachse herum ausgebildet ist, jedoch kann der Ringquerschnitt auch elliptisch, oval, rechteckig oder in einer sonstigen Form ausgeführt sein. Die Steuerscheibe oder der Steuerring wird vorzugsweise mit einer umlaufenden Kante relativ zu einem Grundkörper bewegt, sodass zwischen dem Grundkörper und der Kante der Steuerscheibe oder des Steuerrings der umlaufende Strömungsquerschnitt gebildet wird . Entfernt sich die Kante der Steuerscheibe oder des Steuerrings weiter vom Grundkörper, so vergrößert sich der Strömungsquerschnitt, nähert sich die Kante der Steuerscheibe oder des Steuerrings dem Grundkörper an, so verkleinert sich der Strömungsquerschnitt. Ohne das Aufkommen eines Blow-by-Gasstromes kann dabei die Kante der Steuerscheibe oder des Steuerrings auch am Grundkörper zur Anlage gelangen .
Die Ölabscheideeinrichtung weist mit weiterem Vorteil einen Abscheidekörper auf, der so angeordnet ist, dass dieser mit dem durch den Strömungsquerschnitt gelangenden Gasstrom und dem mitgeführten Öl anströmbar ist. Der Abscheidekörper ist mit besonderem Vorteil dem Verlauf des Ringquerschnittes des Strömungsquerschnittes angepasst, beispielsweise kann der Abscheidekörper das Steuerorgan in Form der Steuerscheibe umschließen oder innerhalb des Steuerrings angeordnet sein, sodass der durch den Strömungsquerschnitt gelangende Gasstrom entsprechend beschleunigt auf die Oberfläche des Abscheidekörpers auftrifft oder in diesen sogar eindringt. Beispielsweise besteht der Abscheidekörper aus einem Vliesmaterial.
Das Gegensteuerorgan ist vorzugsweise so angeordnet, dass dieses abhängig vom Unterdruck auf der Abströmseite eine Hubbewegung ausführt, die vorzugsweise in einer Achse verläuft mit der Hubbewegung des Steuerorgans, verursacht durch ein Anströmen mit Blow-by-Gas von der Anströmseite. Bevorzugt weist hierfür das Gegensteuerorgan einen Andruckkörper zur Einwirkung auf das Steuerorgan auf, der hauptsächlich oder ausschließlich die Hubbewegung ausführt. Der Andruckkörper wird damit bei einem ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite gegen das Steuerorgan bewegt und zur Anlage an dieses gebracht. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Gegensteuerorgan eine den Andruckkörper umrandende elastisch bewegliche Membran aufweist, über die der Andruckkörper schließlich beweglich aufgenommen ist. Der Andruckkörper und die Membran können dabei einteilig ausgebildet sein und ein gummielastisches Material aufweisen. Beispielsweise bildet die Membran einen Ausläufer des Andruckkörpers, der diesen vollumfänglich umrandet und der mit zunehmendem Radius dünner wird . Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, dass das Gegensteuerorgan weitere Elemente umfasst, um gegebenenfalls weiterführende Funktionen zu erfüllen, sodass das Gegensteuerorgan nicht zwingend einteilig ausgeführt sein muss.
Weiterführend ist es denkbar, dass die Membran mit einem äußeren Rand ausgeführt ist, und der äußere Rand ist im Gehäuse der Ölabscheideinrichtung unbeweglich eingefasst. Der Andruckkörper führt im Betrieb folglich innerhalb der Membran eine Bewegung wie ein Lautsprecher aus, wobei lediglich der äußere Rand der Membran im Gehäuse fest eingefasst ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein Rückfederelement vorzusehen, das den Andruckkörper in eine Ruhelage vorspannt, in der eine Einwirkung auf das Steuerorgan durch das Gegensteuerorgan unterbunden ist. Steigt der Unterdruck auf der Abströmseite an, und bewegt sich der Andruckkörper in Richtung zum Steuerorgan, so erfolgt diese Bewegung unter Erhöhung der Vorspannung des Rückfederelementes. Sinkt der Unterdruck wieder ab, so führt das Rückfederelement den Andruckkörper des Gegensteuerorgans wieder in seine Ruhelage zurück, in der der Andruckkörper beabstandet zum Steuerorgan gehalten ist.
Das Steuerorgan selbst ist ebenfalls durch ein Federelement vorspannbar, sodass sich der Strömungsquerschnitt durch eine Kraftwirkung des Federelementes verkleinert. Das Federelement zieht dabei das Steuerorgan gegen den Grundkörper, sodass eine umlaufende Kante des Steuerorgans, beispielsweise ausgeführt als Steuerscheibe oder als Steuerring, gegen den Grundkörper anliegt, insbesondere wenn kein Aufkommen an Blow- by-Gas vorherrscht. Steigt das Blow-by-Gasaufkommen auf der Anströmseite an und wirkt gegen die Wirkfläche des Steuerorgans, so entsteht eine Krafteinwirkung auf das Steuerorgan, das gegen die Kraftwirkung des Federelementes agiert und das Steuerorgan vom Grundkörper abhebt. Der sich einstellende Strömungsquerschnitt ist dabei eine Folge eines Kräftegleichgewichtes zwischen dem Federelement und der Druckbeaufschlagung der Wirkfläche des Steuerorgans durch das Blow-by-Gas. Dabei hebt der Unterdruck auf der Abströmseite auch das Steuerorgan vom Grundkörper weiter ab, da ein Saugeffekt auch auf das Steuerorgan wirkt. Ist das Steuerorgan als Steuerring ausgebildet, so ist dieser eigenelastisch gegen den Grundkörper vorspannbar. Der Steuerring bildet beispielsweise eine ringförmige Scheibe, die außenumfänglich am Grundkörper aufgenommen ist, und mit dem Innenrand liegt der Steuerring beispielsweise gegen eine weitere Kante des Grundkörpers an . Im Ringquerschnitt unterhalb der Ringscheibe befindet sich die Anströmseite und wird diese durch die gebildete Wirkfläche an der Ringscheibe mit Blow-by-Gas beaufschlagt, so bewirkt diese Kraftbeaufschlagung der Ringscheibe ein Abheben des inneren Randes vom Grundkörper. Auch dadurch ist es möglich, den erforderlichen Strömungsquerschnitt zu bilden, wobei vorzugsweise innenseitig zum sich öffnenden Strömungsquerschnitt der Abscheidekörper angeordnet ist.
Gemäß einer weiterführenden Ausführungsform weist das Gegensteuerorgan einen Vorsprung auf, durch den der Abscheidekörper bei einer Bewegung des Gegensteuerorgans gestaucht wird . Der Vorsprung ist gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel an einem Ringeinsatz ausgebildet, der zudem den Andruckkörper im Übergang zur Membran des Gegensteuerorgans stabilisiert. Der Ringeinsatz ist dabei beispielsweise als Blechring oder als formstabiler Kunststoffring ausgebildet. Bei einem längeren Betrieb der Ölabscheideeinrichtung kann sich der Abscheidekörper mit einer größeren Menge an abgeschiedenem Öl vollsaugen, und führt das Gegensteuerorgan eine stärkere Bewegung gegen das Steuerorgan aus, die einen größeren Hub aufweist, so wird der Abscheidekörper durch den Vorsprung bei einer Hubbewegung gestaucht und damit ausgewrungen. Hat eine größere Hubbewegung des Gegensteuerorgans stattgefunden und hat der Vorsprung den Abscheidekörper ausgewrungen, der beispielsweise aus einem federelastisch wirkenden Vliesmaterial ausgebildet ist, so wird dadurch die Aufnahmefähigkeit des Abscheidekörpers zur Aufnahme von Öl aus dem Gasstrom wieder verbessert.
Angrenzend an den Abscheidekörper ist vorzugsweise wenigstens ein Ölabscheidepfad vorgesehen, über den das an dem Abscheidekörper abgeschiedene Öl beispielsweise dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine wieder zugeführt wird .
Es ist von weiterem Vorteil, wenn wenigstens eine weitere Strömungsöffnung zwischen der Anströmseite und der Abströmseite vorgesehen ist, sodass ein weiterer Strömungspfad des Gasstromes parallel zum Strömungsquerschnitt gebildet ist. Der Grundkörper der Ölabscheideeinrichtung trennt abhängig von seiner konstruktiven Gestaltung den Anströmbereich vom Abströmbereich ab, und die weiteren Strömungsöffnungen sind ein- oder mehrfach im Grundkörper so eingebracht, sodass der Gasstrom nicht nur durch den Strömungsquerschnitt strömen kann, der durch das Steuerorgan veränderbar ist, sondern der Gasstrom kann auch die parallel zum Strömungsquerschnitt eingerichtete Strömungsöffnung durchströmen . Beim Durchströmen der Strömungsöffnungen kann der Gasstrom ebenfalls beschleunigt werden, und auf der Ausströmseite der Strömungsöffnungen befindet sich mit Vorteil der Abscheidekörper, beispielsweise mit einem weiteren Abschnitt desselben. Das Durchströmen der Strömungsöffnungen erfolgt dabei ohne Einfluss des Gegensteuerorgans, sodass die Strömungsöffnungen einen Bypass zum Steuerorgan in Wirkverbindung mit dem Gegensteuerorgan bilden, insbesondere bei sehr stark auftretenden Blow-by-Gasströmen.
Mit weiterem Vorteil ist wenigstens ein Schiebeelement vorgesehen, das mit der Bewegung des Gegensteuerorgans mitbewegbar ist, wobei das Schiebeelement bei einer Bewegung des Gegensteuerorgans durch einen ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite die Strömungsöffnung zunehmend verschließt. Einer Strömungsöffnung ist dabei vorzugsweise jeweils ein Schiebeelement zugeordnet, wobei es weiterhin vorteilhaft ist, dass die Schiebeelemente als weiteres Element des Gegensteuerorgans ausgebildet sind . Beispielsweise ist das Schiebeelement am Ringeinsatz angeformt, der den Andruckkörper des Gegensteuerorgans umschließt.
Mit der vorstehend beschriebenen Ölabscheideeinrichtung wird die Möglichkeit geschaffen, einen einzigen Strömungsquerschnitt in der Ölabscheideeinrichtung zur Hindurchführung des mit Öl beladenen Gasstroms einerseits in Abhängigkeit des Gasdruckes im Kurbelgehäuse und andererseits in Abhängigkeit des Unterdrucks im Ansaugtrakt zu steuern . Damit wird das Ziel erreicht, auch das Energiepotential zur Druckregelung des Gasdruckes im Kurbelgehäuse zur Verbesserung der Abscheideleistung zu nutzen, und die Nutzung des Energiepotentials erfolgt im Wesentlichen in jedem Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine auf optimale Weise. Die Verbesserung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen besteht insbesondere darin, dass lediglich ein Strömungsquerschnitt vorgesehen ist, der sowohl durch den Gasdruck im Kurbelgehäuse als auch durch den Unterdruck im Ansaugtrakt gesteuert wird . Dadurch entstehen keine unnötigen Umlenkungen des Gasstromes, womit unnötige Druckverluste vermieden werden, die nicht zur Erhöhung der Abscheideleistung beitragen.
In Lastpunkten hoher Last und hoher Drehzahl liegt ein großer Unterdruck im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine vor, beispielsweise wenn beispielsweise ein Turbolader der Brennkraftmaschine mit voller Drehzahl arbeitet, und eine optimierte Ölabscheidung erfolgt durch eine Verringerung des abscheidungsrelevanten Strömungsquerschnittes infolge des angestiegenen Unterdrucks im Ansaugtrakt, nämlich durch ein Einwirken des Gegensteuerorgans auf das Steuerorgan zur Verringerung des Strömungsquerschnittes. Damit steigt die Strömungsgeschwindigkeit durch den abscheidungsrelevanten Strömungsquerschnitt an und die abscheidende Leistung wird verbessert. Gleichzeitig steigt durch den engeren Querschnitt der Strömungswiderstand über das Abscheidesystem an, ähnlich der Funktion bekannter Druckregelventile, jedoch unter gleichzeitiger Nutzung der Strömungsenergie für die Funktion der Ölabscheidung.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Fig . 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ölabscheideeinrichtung in einem
Betriebszustand mit einem geringen Aufkommen an Blow-by-Gas und einem geringen Unterdruck auf der Abströmseite,
Fig . 2 das Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung gemäß Figur 1 mit einem erhöhten Aufkommen an Blow-by-Gas, wobei der Unterdruck auf der Abströmseite weiterhin gering ist,
Fig . 3 das Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung gemäß den Figuren 1 und 2, wobei ein angestiegener Unterdruck auf der Abströmseite vorherrscht,
Fig . 4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung
Fig . 5 ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel der
Ölabscheideeinrichtung ein Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung mit einem Vorsprung an einem Gegensteuerorgan, mit dem ein Abscheidekörper stauchbar ist und Fig . 7 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung mit einem Steuerorgan, das als Steuerring ausgeführt ist.
Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen jeweils eine gleiche Ölabscheideeinrichtung 1 in unterschiedlichen Betriebszuständen . Die Ölabscheideeinrichtung 1 dient zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom 10 zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine. Hierfür weist die Ölabscheideeinrichtung 1 eine Anströmseite 11 und eine Abströmseite 12 auf. Die Anströmseite 11 ist mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine strömungsmäßig verbunden und die Abströmseite 12 ist mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine strömungsmäßig verbunden.
In Figur 1 herrscht auf der Anströmseite 11 ein niedriges Aufkommen an Blow-by-Gas vor, und auf der Abströmseite 12 herrscht ein niedriger Unterdruck im Ansaugtrakt vor.
Figur 2 zeigt die Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem erhöhten Aufkommen an Blow-by-Gas auf der Anströmseite 11 , wobei auf der Abströmseite 12 unverändert ein niedriger Unterdruck vorherrscht.
Figur 3 zeigt die Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem erhöhten Aufkommen an Blow-by-Gas auf der Anströmseite 11 und mit einem erhöhten Unterdruck auf der Abströmseite 12. Beispielsweise erhöht sich das Aufkommen an Blow-by-Gas bei einer erhöhten Drehzahl der Brennkraftmaschine, oder, wie in Figur 2 gezeigt, bei einem erhöhten Drehmoment der Brennkraftmaschine. Ein stärkerer Unterdruck auf der Abströmseite 12 herrscht bei höheren Drehzahlen und Lasten der Brennkraftmaschine vor. Beispielsweise herrscht bei turboaufgeladenen Motoren auf der Abströmseite 12 ein starker Unterdruck im Motorkennfeld bei hohen Drehzahlen und bei hoher Last vor. Im Folgenden wird der Aufbau der Ölabscheideeinrichtung 1 beschrieben, wobei anschließend die Funktion der Ölabscheideeinrichtung 1 bei verschiedenen Lastpunkten der Brennkraftmaschine unter Bezugnahme auf die einzelnen Schaltzustände in den Figuren 1 bis 3 beschrieben wird .
Die Ölabscheideeinrichtung 1 weist einen Grundkörper 19 auf, und der Grundkörper 19 wird im Betrieb mit einem Gasstrom 10 durchströmt. Der Gasstrom 10 strömt die Ölabscheideeinrichtung 1 über die Anströmseite 11 an, und der Gasstrom 10 verlässt die Ölabscheideeinrichtung 1 über die Abströmseite 12. Im Grundkörper 19 der Ölabscheideeinrichtung 1 ist ein Steuerorgan 13 beweglich aufgenommen, und gegen eine Fläche oder Kante des Grundkörpers 19 bildet das Steuerorgan 13 einen änderbaren Strömungsquerschnitt 14 im Übergang zwischen der Anströmseite 11 und der Abströmseite 12. Das Steuerorgan 13 weist eine Wirkfläche 15 auf, die mit dem mit Öl beladenen Gasstrom 10 von der Anströmseite 11 beaufschlagbar ist. Weiterhin ist im Grundkörper 19 ein Gegensteuerorgan 16 wenigstens teilweise beweglich aufgenommen, wobei das Gegensteuerorgan 16 mittels des Unterdrucks auf der Abströmseite 12 steuerbar ist. Zur Abscheidung des Öls im Gasstrom 10 ist im Grundkörper 19 ein Abscheidekörper 20 aufgenommen, beispielsweise aus einem zu einer Hülse geformten Vliesmaterial, und der mit Öl beladene Gasstrom 10, der den Strömungsquerschnitt 14 durchströmt, gelangt unmittelbar nach dem Durchtritt durch den Strömungsquerschnitt 14 gegen den Abscheidekörper 20 und dringt teilweise in diesen ein. Der Abscheidekörper 20 dient zum Abscheiden des Öls im Gasstrom 10, sodass der Gasstrom 10 in einem im Wesentlichen vom Öl befreiten Zustand die Olabscheideeinrichtung 1 auf der Abströmseite 12 wieder verlässt.
Das Steuerorgan 13 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als flache Steuerscheibe 17 ausgeführt, und der Strömungsquerschnitt 14 wird durch einen umlaufenden Ringquerschnitt gebildet, wobei der Ringquerschnitt begrenzt wird durch die umlaufende Außenkante der Steuerscheibe 17 und einen korrespondierenden Rand am Grundkörper 19. Die Steuerscheibe 17 ist über ein Federelement 24 gegen die Gegenkante des Grundkörpers 19 vorgespannt. Wird nun die Wirkfläche 15 des Steuerorgans 13 mit dem Gasstrom 10 angeströmt, so hebt das Steuerorgan 13 unter Spannung des Federelementes 24 vom Grundkörper 19 ab, bis sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der Vorspannkraft des Federelementes 24 und der effektiven Krafteinwirkung durch die Anströmung der Wirkfläche 15 einstellt.
Der Abscheidekörper 20 dient zum Abscheiden des Öls aus dem Gasstrom 10 und angrenzend an den Abscheidekörper 20, gezeigt im unteren Bereich, befindet sich ein Ölabscheidepfad 32, über den das abgeschiedene Öl dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine wieder zugeführt wird . Der Abscheidekörper 20 ist hülsenförmig ausgeführt und umschließt außenumfänglich die Steuerscheibe 17, sodass der Abscheidekörper 20 von der Innenseite nicht nur lokal an vereinzelten Stellen sondern über den gesamten Umfang mit dem Gasstrom 10 angeströmt wird. Der Außenbereich des Abscheidekörpers 20 steht fluidisch mit der Abströmseite 12 in Verbindung, wobei der Grundkörper 19 diesen Bereich als Gehäuse topfförmig umschließt.
Oberhalb des Steuerorgans 13 ist ein Gegensteuerorgan 16 eingerichtet, und das Gegensteuerorgan 16 weist einen Andruckkörper 21 auf, der außenseitig in eine Membran 23 übergeht. Das Gegensteuerorgan 16 ist über einen äußeren Rand 27 der Membran 23 in einem Gehäuse 28 der Ölabscheideeinrichtung 1 aufgenommen, wobei das Gehäuse 28 unterseitig vom Grundkörper 19 gebildet wird.
Durch die Membran 23 ist der Andruckkörper 21 hubbeweglich im Gehäuse 28 aufgenommen, und der Andruckkörper 21 befindet sich in angrenzender Anordnung an die Steuerscheibe 17. Steigt der Unterdruck auf der Abströmseite 12, so wird der Andruckkörper 21 insbesondere auch über die Wirkfläche, die durch die Membran 23 gebildet ist, in Richtung zur Steuerscheibe 17 angesaugt. Dabei ist es möglich, dass die Hubbewegung des Andruckkörpers 21 so groß wird, dass der Andruckkörper 21 gegen die Steuerscheibe 17 zur Anlage gelangt und die Öffnungsbewegung der Steuerscheibe 17 zur Vergrößerung des Strömungsquerschnittes 14 begrenzt. Die Bewegung des Andruckkörpers 21 in Richtung zur Steuerscheibe 17 erfolgt dabei unter Kompression eines Rückfederelementes 26, das den Andruckkörper 21 in eine Ruhelage vorspannt, in der eine Einwirkung auf das Steuerorgan 13 durch das Gegensteuerorgan 16 unterbunden ist.
Herrscht ein geringer Gasstrom 10 auf der Anströmseite 11 vor, beispielsweise bei einem Betriebspunkt mit niedrigem Drehmoment der Brennkraftmaschine, so wird die Wirkfläche 15 der Steuerscheibe 17 nur geringfügig mit dem Gasstrom 10 angeströmt, sodass das Federelement 24 die Steuerscheibe 17 an den Grundkörper 19 heranzieht, und sodass nur ein geringer Strömungsquerschnitt 14 gebildet ist, siehe hierzu Figur 1.
Bei einem erhöhten Aufkommen an Blow-by-Gas auf der Anströmseite 11 beaufschlagt der Gasstrom 10 die Wirkfläche 15 der Steuerscheibe 17 mit einer erhöhten Kraft, sodass die Steuerscheibe 17 vom Grundkörper 19 weiter abhebt und den Strömungsquerschnitt 14 vergrößert. In dieser Betriebssituation herrscht noch ein geringer Unterdruck auf der Abströmseite 12 vor, sodass es zweckdienlich ist, dass der Strömungsquerschnitt 14 vergrößert bleibt, siehe hierzu Figur 2.
Erhöht sich ausgehend von der Betriebssituation in Figur 3 bei erhöhten Aufkommen eines Blow-by-Gases auf der Anströmseite 11 der Unterdruck auf der Abströmseite 12, beispielsweise durch eine Erhöhung der Drehzahl und der Last der Brennkraftmaschine, so bewirkt der Unterdruck eine Bewegung des Gegensteuerorgans 16 aus der Ruhelage, und der Andruckkörper 21 bewegt sich gegen die Steuerscheibe 17. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt 14 durch ein Annähern der Steuerscheibe 17 auch bei erhöhtem Aufkommen an Blow-by-Gas an dem Grundkörper 19 wieder verringert. Infolge dessen wird die Auftreffgeschwindigkeit des Gasstromes 10 auf den Abscheidekörper 20 erhöht und dadurch wird eine bessere Abscheideleistung erzielt. Die Verringerung des Strömungsquerschnittes 14 führt zur Erhöhung des Strömungswiderstandes. Der erhöhte Strömungswiderstand dient der Begrenzung des Unterdruckes im Kurbelgehäuse, ähnlich der Funktion eines Druckregelventiles.
Sinkt der Unterdruck auf der Abströmseite 12 wieder ab, so führt das Rückfederelement 26 den Andruckkörper 21 unter elastischer Rückformung der Membran 23 wieder in die Ruhelage zurück, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt.
Figur 4 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Olabscheideeinrichtung 1 mit einem Steuerorgan 13 in Form einer Steuerscheibe 17, wobei die Steuerscheibe 17 eine Führungsstange 33 aufweist, auf der ein Federelement 25 aufsitzt. Das Federelement 25 spannt die Steuerscheibe 17 gegen den Grundkörper 19 so vor, sodass sich durch die Krafteinwirkung des Federelementes 25 der ringförmige Strömungsquerschnitt 14 verkleinert oder schließt. Durch das Anströmen der Wirkfläche 15 der Steuerscheibe 17 durch den Gasstrom 10 auf der Anströmseite i l wird die Steuerscheibe 17 vom Grundkörper 19 abgehoben, und der Abscheidekörper 20 wird entsprechend angeströmt. Damit wird ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Anordnung und Ausführung des Steuerorgans 13 aufgezeigt, wobei die Steuerscheibe 17 über die Führungsstange 23 im Grundkörper 19 geführt wird.
Im Grundkörper 19 sind mehrere Strömungsöffnungen 30 gezeigt, durch die der Gasstrom von der Anströmseite 11 in die Abströmseite 12 gelangt, wobei der durch die Strömungsöffnungen 30 gebildete Strömungspfad parallel verläuft zum Strömungspfad durch den Strömungsquerschnitt 14.
Figur 5 zeigt in einer abgewandelten Form die Olabscheideeinrichtung 1 mit den Strömungsöffnungen 30 gemäß Figur 4, die einen Strömungspfad zwischen der Anströmseite 11 und der Abströmseite 12 parallel zum Strömungsquerschnitt 14 durch die Steuerscheibe 17 bilden. Das Gegensteuerorgan 16 umfasst einen Ringeinsatz 34, an dem Schiebeelemente 31 angeformt sind . Erhöht sich der Unterdruck auf der Abströmseite 12 und fährt das Gegensteuerorgan 16 gegen die Steuerscheibe 17, so können die Schiebeelemente 31 die Strömungsöffnungen 30 verschließen . Im Betriebspunkt hoher Drehzahl, bei der ein starker Unterdruck auf der Abströmseite 12 vorherrscht, und bei einem großen Aufkommen an Blow-by-Gas auf der Anströmseite 11 wird der Strömungsquerschnitt 14 verringert, und bei zugleich verschlossenen Strömungsöffnungen 30 wird der Abscheidekörper 20 mit einem stark beschleunigten Gasstrom 10 zur Maximierung der Abscheideleistung angeströmt. Verringert sich der Unterdruck auf der Abströmseite 12 wieder, so werden die Strömungsöffnungen 30 wieder freigegeben, zugleich vergrößert sich wieder der Strömungsquerschnitt 14 durch das Lösen der Einwirkung des Gegensteuerorgans 16 auf die Steuerscheibe 17.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem ringförmig umlaufenden Vorsprung 29 am Ringeinsatz 34 des Gegensteuerorgans 16. Wird das Gegensteuerorgan 16, wie mit dem Pfeil gezeigt, gegen die Steuerscheibe 17 bewegt, so fährt der Vorsprung 29 gegen den ebenfalls einen Ringquerschnitt aufweisenden Abscheidekörper 20 und staucht diesen zusammen . Dadurch wird Öl, das sich im Abscheidekörper 20 angesammelt hat, aus diesem ausgewrungen und beispielsweise über den Ölabscheidepfad 32 wieder in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine zurückgeführt.
Der Vorsprung 29 weist eine Querschnittsform auf, die an die Querschnittsform des Abscheidekörpers 20 angepasst ist. Auf nicht näher gezeigte Weise ist der Vorsprung 29 mit Durchgangslöchern versehen, sodass ein Überströmen des Gasstromes 10 von der Anströmseite 11 in die Abströmseite 12 erfolgen kann, ohne dass der gesamte Gasstrom 10 den Abscheidekörper 20 durchströmen muss.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ölabscheideeinrichtung 1 mit einem Steuerorgan 13, das als Steuerring 18 ausgeführt ist. Die Anströmseite 11 und die Abströmseite 12 verlaufen dabei konzentrisch zueinander, und unterhalb des Steuerrings
18 befindet sich die Anströmseite 11 , die die mittig verlaufende Abströmseite 12 mantelförmig umschließt.
Wird das Steuerorgan 13 über die Wirkfläche 15 mit dem Gasstrom 10 von der Anströmseite 11 beaufschlagt, so hebt die Innenseite des Steuerrings 18 vom Grundkörper
19 ab und gibt den Strömungsquerschnitt 14 frei . Der Abscheidekörper 20 wird in dieser Anordnung von dem Gasstrom 10 von der Außenseite angeströmt, wobei die Bewegung des Steuerorgans 13 zur Auffederung und zur Rückfederung durch eine Eigenelastizität des Steuerrings 18 ausgeführt wird . Außenseitig ist der Steuerring 18 auf nicht näher gezeigte Weise am Gehäuse 28 der Ölabscheideeinrichtung 1 fest aufgenommen, und der Innenrand des Steuerrings 18 hebt elastisch von der Kante des Grundkörpers 19 ab und bildet den sich variabel öffnenden und schließenden Strömungsquerschnitt 14.
Bei einer Bewegung des Gegensteuerorgans 16 in Richtung zum Steuerring 18 drückt ein ringförmig angeformter Andruckkörper 22 des Gegensteuerorgans 16 auf die Innenseite des Steuerrings 18, und der sich öffnende Strömungsquerschnitt 14 wird auf vorstehend beschriebene Weise durch den Unterdruck auf der Abströmseite 12 begrenzt.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel . Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
B e z u q s z e i c h e n l i s t e
Ölabscheideeinrichtung
Gasstrom
Anströmseite
Abströmseite
Steuerorgan
Strömungsquerschnitt
Wirkfläche
Gegensteuerorgan
Steuerscheibe
Steuerring
Grundkörper
Abscheidekörper
Andruckkörper
Andruckkörper
Membran
Federelement
Federelement
Rückfederelement
äußerer Rand
Gehäuse
Vorsprung
Strömungsöffnung
Schiebeelement
Ölabscheidepfad
Führungsstange
Ringeinsatz

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Ölabscheideeinrichtung (1) zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom (10) zur Entlüftung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, mit einer Anströmseite (11), die mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine strömungsmäßig in Verbindung bringbar ist und aus der die Ölabscheideeinrichtung (1) mit dem mit Öl beladenen Gasstrom (10) anströmbar ist und mit einer Abströmseite (12), die mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine strömungsmäßig in Verbindung bringbar ist und in den der von Öl im Wesentlichen gereinigte Gasstrom (10) aus der Ölabscheideeinrichtung (1) abströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerorgan (13) vorgesehen ist, das zur Bildung eines änderbaren Strömungsquerschnittes (14) zwischen der Anströmseite (11) und der Abströmseite (12) beweglich eingerichtet ist, wobei das Steuerorgan (13) zur Änderung des Strömungsquerschnittes (14) eine Wirkfläche (15) aufweist, welche mit dem von der Anströmseite (11) einströmenden und mit Öl beladenen Gasstrom (10) beaufschlagbar ist, und wobei ein Gegensteuerorgan (16) vorgesehen ist, das zur Einwirkung auf das Steuerorgan (13) beweglich eingerichtet ist, wobei das Gegensteuerorgan (16) mittels eines auf der Abströmseite (12) entstehenden Unterdrucks steuerbar ist.
2. Ölabscheideeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegensteuerorgan (16) bei einem ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite (12) gegen das Steuerorgan (13) zur Anlage gelangt und die Bewegung des Steuerorgans (13) zur Vergrößerung des Strömungsquerschnittes (14) begrenzt.
3. Ölabscheideeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan (13) eine Steuerscheibe (17) oder einen Steuerring (18) umfasst und dass der Strömungsquerschnitt (14) einen Ringquerschnitt aufweist, der zwischen dem Steuerorgan (13) und einem Grundkörper (19) der Ölabscheideeinrichtung (1) gebildet ist.
4. Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abscheidekörper (20) vorgesehen und so angeordnet ist, dass dieser mit dem durch den Strömungsquerschnitt (14) gelangenden Gasstrom (10) anströmbar ist.
5. Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegensteuerorgan (16) aufweist: einen Andruckkörper (21 , 22) zur Einwirkung auf das Steuerorgan (13), der bei einem ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite (12) gegen das Steuerorgan (13) zur Anlage gelangt, eine den Andruckkörper (21 , 22) umrandende elastisch bewegliche Membran (23), über die der Andruckkörper (21) beweglich aufgenommen ist.
6. Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (24, 25) vorgesehen ist, mittels welchem das Steuerorgan (13) gegen den Grundkörper (19) vorgespannt ist, sodass sich der Strömungsquerschnitt (14) durch eine Kraftwirkung des Federelementes (24, 25) verkleinert.
7. Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das als Steuerring (18) ausgebildete Steuerorgan (13) eigenelastisch gegen den Grundkörper (19) vorgespannt ist.
8. Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückfederelement (26) vorgesehen ist, das den Andruckkörper (21) in eine Ruhelage vorspannt, in der eine Einwirkung auf das Steuerorgan (13) durch das Gegensteuerorgan (16) unterbunden ist.
9. Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Andruckkörper (21) und die Membran (23) einteilig ausgebildet sind und ein gummielastisches Material aufweisen .
10. Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (23) mit einem äußeren Rand (27) in einem Gehäuse (28) der Ölabscheideeinrichtung (1) unbeweglich eingefasst ist.
11. Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegensteuerorgan (16) einen Vorsprung (29) aufweist, durch den der Abscheidekörper (20) bei einer Bewegung des Gegensteuerorgans (16) gestaucht wird .
12. Ölabscheideeinrichtung (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Strömungsöffnung (30) zwischen der Anströmseite (11) und der Abströmseite (12) vorgesehen ist, sodass ein weiterer Strömungspfad des Gasstromes (10) parallel zum Strömungsquerschnitt (14) gebildet ist.
13. Ölabscheideeinrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schiebeelement (31) vorgesehen ist, das mit der Bewegung des Gegensteuerorgans (16) mitbewegbar ist, wobei das Schiebeelement (31) bei einer Bewegung des Gegensteuerorgans (16) durch einen ansteigenden Unterdruck auf der Abströmseite (12) die Strömungsöffnung (30) zunehmend verschließt.
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