WO2016150540A1 - Abscheideeinrichtung, kurbelgehäuse-entlüftung für eine brennkraftmaschine und brennkraftmaschine - Google Patents

Abscheideeinrichtung, kurbelgehäuse-entlüftung für eine brennkraftmaschine und brennkraftmaschine Download PDF

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WO2016150540A1
WO2016150540A1 PCT/EP2016/000197 EP2016000197W WO2016150540A1 WO 2016150540 A1 WO2016150540 A1 WO 2016150540A1 EP 2016000197 W EP2016000197 W EP 2016000197W WO 2016150540 A1 WO2016150540 A1 WO 2016150540A1
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WO
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flow
separation
delay
gas flow
separation chamber
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PCT/EP2016/000197
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French (fr)
Inventor
Sebastian Hilscher
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Rolls Royce Solutions GmbH
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MTU Friedrichshafen GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil

Definitions

  • the invention relates to a separation device for separating a liquid medium from a gas stream, a crankcase ventilation for an internal combustion engine, and a
  • crankcase ventilation is typically provided. Oil entrained by the leakage gas must be separated before the leakage gas is fed back into an intake tract or into an environment of the internal combustion engine.
  • deposition devices can be used, which in one
  • Abscheideraum insert sheets for pre-separation of oil contain, which are usually V-shaped.
  • the insert sheets have openings through which the gas flow can pass.
  • oil can be deposited on the insert, wherein of the
  • the invention has for its object to provide a separator, a crankcase ventilation for an internal combustion engine and an internal combustion engine, said disadvantages do not occur.
  • the object is achieved by providing the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
  • the object is achieved in particular by providing a separation device for separating a liquid medium from a gas stream, wherein the separation device has a separation chamber which has an inlet region and an outlet region for the gas flow.
  • the separation chamber has a flow delay geometry that is configured to retard the gas flow in the separation chamber such that the liquid medium is separated from the gas flow due to the retardation of the gas flow.
  • Separator has advantages over the prior art.
  • Separating device increased separation efficiency, ie an increased amount of separated liquid medium per unit time from the gas stream having.
  • the separation chamber is in particular an area within the separation device in which separation of the liquid medium from the gas flow takes place.
  • the inlet region is a region in which the gas stream enters the separation chamber.
  • the exit region is a region in which the gas stream exits the separation chamber.
  • the separation device it is possible for the separation device to be larger overall than the separation space, and-especially in one piece-to have paths for the gas flow upstream and downstream of the separation space.
  • the inlet region and the outlet region by their function, form regions in which the gas stream enters and leaves the region in which the separation of the liquid medium from the gas stream takes place. But it is also an embodiment possible in which the separation space-geometrically from upstream and
  • downstream flow paths for the gas stream is separable or separated.
  • the inlet area and / or the outlet area it is possible for the inlet area and / or the outlet area to form a spatially definable inlet and / or outlet for the gas stream.
  • the separation device it is possible for the separation device to essentially comprise the separation space or to consist of the separation space.
  • An embodiment of the separation device is preferred, which is characterized in that the flow delay geometry is set up in order to prevent the
  • Flow rate of the gas stream at least partially retard by at least a factor of 0.7.
  • the flow delay geometry is configured to retard the flow rate of the gas stream by at least a factor of 0.5, more preferably by a factor less than 0.5.
  • the delays mentioned here ensure that an efficient separation of the liquid medium from the gas stream takes place in the region of the markedly delayed flow velocity of the gas stream.
  • An embodiment of the separation device is also preferred, which is characterized in that the flow delay geometry has an S-shaped flow guidance for the gas flow in the separation chamber.
  • the S-shaped flow guide provides a double deflection for the gas flow, this by this deflection, preferably in particular already by a - seen in the flow direction - first
  • an S-flow flow-delay geometry has a particularly efficient retarding effect on the gas flow. It is possible that the separation chamber itself is at least partially S-shaped. In this case, the Abscheideraum overall, the S-shaped
  • Flow delay geometry having a flow delay element which is adapted to the gas flow by at least 70 ° to at most 100 °, preferably at least 75 ° to at most 92 °, preferably deflected by 85 °.
  • the gas stream flowing from the inlet region into the separation chamber is first deflected by at least 70 ° to at most 100 °, preferably by at least 75 ° to at most 92 °, preferably by 85 °, wherein the flow delay element is preferably arranged in the vicinity of the inlet region, so that through the inlet area
  • the gas flow is preferably redirected again by an angle of at least 70 ° to at most 100 °.
  • the gas stream preferably flows to the outlet region and leaves the separation chamber there. It is possible that the gas flow is deflected a third time towards the outlet area. In this case, the third deflection may have a smaller angle than the first deflection and the second deflection.
  • the flow delay element is designed as a baffle plate or as a baffle wall.
  • the gas stream entering through the inlet region then strikes the baffle or baffle.
  • droplets of the liquid medium entrained by the gas stream to impinge against the baffle or baffle and thus drip off or flow away before the gas flow is slowed down so much by the flow resistance of the baffle or baffle that drops are formed due to the delay Separate liquid medium from the gas stream.
  • the baffle plate or baffle itself already has such a separating effect by the impact of liquid droplets, but basically satisfies the flow velocity of the gas stream
  • An impact plate or baffle can be in a particularly simple manner as
  • baffle plate is used as a separate element in the separation chamber and preferably fixed in this.
  • Flow delay element - is integrally formed with the separation chamber. It requires no separate arrangement of separate elements in the separation chamber, so that it can be produced inexpensively and with extremely little effort.
  • the flow delay element is preferably formed as a baffle, wherein the baffle wall is part of a wall of the separation chamber, which is integrally formed therewith.
  • the separation chamber is designed as a cast part, wherein the
  • Flow delay element - is integrated into the cast geometry and thus the casting. It is then no longer necessary to assemble separate elements of the flow delay geometry.
  • the separation device and in particular the separation chamber is free of a so-called drip lip. It is a nose or a wall projection, the flow influencing and / or
  • Separator therefore has in particular an improved separation efficiency, if it has no drip lip.
  • An embodiment of the separation device is also preferred, which is characterized in that the separation chamber has a drainage outlet for separated, liquid medium.
  • the drainage outlet is particularly preferably arranged at a lowest point of the separating device - when mounted as intended. Separate, liquid medium can then gravitationally flow in a simple manner to the drainage outlet and be discharged from there from the separator.
  • the flow delay geometry is arranged to match that of the
  • Inlet inlet inflowing gas stream to deflect in the direction of the drainage outlet, in particular preferably at least 70 ° to at most 100 °, preferably from
  • the gas flow is delayed precisely in the region of the drainage outlet, so that the deposition takes place in its area.
  • the separated, liquid medium can then pass directly into the drainage outlet, whereby the deposition is made very efficient.
  • deposited liquid medium through the drainage drain is also ensured that at most small amounts of already separated liquid medium are entrained again by the gas stream.
  • the separation device is preferably configured as a pre-separator for a venting of an internal combustion engine, in particular for a crankcase ventilation. It is in particular designed for the separation of oil from a gas flow of the internal combustion engine, in particular from a vent gas flow of so-called blow-by gas.
  • crankcase breather for a
  • Internal combustion engine which has a separator according to one of the embodiments described above.
  • the advantages already mentioned in connection with the separation device are realized.
  • crankcase ventilation is preferred, which is characterized in that the separating device is designed as a pre-separator, wherein
  • a Feinabscheide founded is arranged downstream of the separator - as seen in the flow direction of the gas stream - a Feinabscheide founded is arranged.
  • the fine separator preferably has at least one filter in which oil still present in the gas stream is filtered out of it. Due to the high separation efficiency of the deposition device proposed here, the filter of Feinabscheide founded is charged to a lesser extent with oil. At the same time its pollution sinks by dirt or soot carried along by the oil. The filter effect is improved because the filter is less oil-contaminated and thus less wet. Due to the lower filter load also a pressure loss on the filter, and its decreases
  • crankcase ventilation is designed as a closed crankcase ventilation. This means that
  • Crankcase is vented into an intake tract of the internal combustion engine, wherein the gas flow is driven from the crankcase to the intake tract in particular by a pressure gradient between the crankcase and the intake system.
  • the precipitator proposed here as a pre-separator only has a low pressure loss, although the gas flow is significantly delayed in the separator.
  • the pressure loss in the separator is about 2 mbar. This is typically negligible with respect to a total pressure difference between the crankcase on the one hand and the intake tract on the other hand.
  • the fine separation device has a significantly higher pressure drop over the at least one filter.
  • crankcase ventilation is designed as an open crankcase ventilation.
  • the gas flow to an environment of the internal combustion engine, in particular the atmosphere supplied. Again, it must be avoided that an excessive amount of oil enters the atmosphere together with the gas stream.
  • an open crankcase ventilation is preferably a conveyor
  • crankcase Conveyor at the same time a pressure in the crankcase can be adjusted, which is lower than the ambient or atmospheric pressure.
  • crankcase ventilation it is preferably provided that a drainage path connected to the drainage outlet leads back into the crankcase. From the gas stream separated oil is thus fed back into the crankcase, from where it preferably passes directly into a fluid-connected to the crankcase oil pan.
  • an internal combustion engine is provided which a crankcase ventilation according to one of the previously described
  • the separation device is preferably arranged on the internal combustion engine such that the gas flow flows in a vertical direction upwards into the inlet region of the separation chamber. There, it is preferably deflected via an overflow element, which can be designed as a transfer rib, wherein it flows in the horizontal direction via the overflow to the baffle or baffle plate.
  • an overflow element which can be designed as a transfer rib, wherein it flows in the horizontal direction via the overflow to the baffle or baffle plate.
  • the gas flow is deflected so that it continues to flow downwards in a vertical direction, wherein the overflow element or the overflow rib in particular spatially separates the gas flow flowing down the baffle wall from the vertically upward flowing gas flow.
  • the gas flow is again deflected in the horizontal direction, wherein it is then in turn deflected vertically upwards and leaves the separation chamber via the outlet region in the vertical direction towards the fine separation device.
  • Drainage outlet is oriented so that the delayed by the baffle gas flow in the direction of the drainage outlet, where then efficiently liquid medium is separated from the gas stream, which passes directly into the drainage outlet.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. At a
  • the internal combustion engine is used to drive in particular heavy land or water vehicles, such as mining vehicles, trains, the internal combustion engine is used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator.
  • Internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or other suitable gas.
  • the internal combustion engine when designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation. It can be seen that coarse oil droplets and spray oil components can be removed in an efficient manner by the separation device in a gas stream, in particular a blow-by gas stream of an internal combustion engine, wherein these can be drained via a separate return line.
  • the function of the separation device is subject to the theory that oil droplets which swim in a gas stream leave it as soon as it slows down.
  • the flow delay geometry is preferably by several
  • the flow rate is maintained in the separation chamber at least in regions, in particular in the region of the drainage outlet, preferably below 3 m per second in order to ensure efficient oil drainage and to prevent entrainment of oil or to keep it as low as possible.
  • Figure 1 is a schematic partial sectional view of an embodiment of a
  • Figure 2 is a plan view of the embodiment of Figure 1
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view through the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a schematic representation in a three-dimensional partial section of a
  • the separation device 5 has a separation chamber 7, which has an inlet region 9 and an outlet region 11 for the gas stream.
  • the separation chamber to a flow delay geometry 13, which is adapted to the gas flow in the
  • Delaying the separation chamber 7 such that the liquid medium is deposited due to the delay of the gas flow from this By delaying the gas flow, it is possible to separate from the gas flow entrained droplets of the liquid medium from this, as it turns out that they leave the gas stream, as soon as it slows down.
  • the flow delay geometry 13 is in particular designed to delay the velocity of the gas flow in the separation chamber 7 at least in regions by at least a factor of 0.7, preferably at least by a factor of 0.5, preferably by a factor less than 0.5.
  • the flow velocity of the gas stream through the flow delay geometry 13 is preferably slowed to at most 3 m per second, preferably to less than 3 m per second, which ensures a particularly efficient separation of the liquid medium from the gas stream.
  • the separation chamber 7 itself is formed at least partially S-shaped. The gas flow thus undergoes a double deflection and is delayed efficiently.
  • the flow delay geometry has a flow delay element 15 configured to reduce the gas flow by at least 70 ° to at most 100 °, preferably at at least 75 ° to at most 92 °, preferably by 85 °, to deflect.
  • the flow delay element 15 is arranged and arranged such that it deflects the gas flow flowing into the separation chamber 7 through the inlet region 9 directly from its inflow direction through the inlet region 9.
  • Flow delay element 15 is formed here as a baffle 17. That's it
  • the separation chamber 7 is integrally formed with the baffle 17 in particular as a casting.
  • the separation chamber 7 is preferably formed by a one-piece housing 19 which is formed as a casting, and whose walls define the separation chamber 7, wherein in particular one of the walls of the housing 19 forms the baffle 17. In particular, in this way, the separation chamber 7 can be produced very easily, quickly and inexpensively.
  • the separation chamber 7 has a drainage outlet 23 on a preferably not directly visible in FIG. 1, but shown in FIG. 3, the lowest point 21
  • Drainage line 25 is connected. This preferably leads back into the crankcase of the internal combustion engine 1, so that oil separated from the gas stream can be returned to the crankcase and via this into an oil sump.
  • a pressure barrier 27 is preferably arranged in the drainage line 25 in order to prevent blow-by gas in
  • the flow delay geometry 13 and in particular the flow delay element 15, here the baffle 17, is preferably designed to divert the gas flow flowing in from the inlet region 9 in the direction of the drainage outlet 23, in particular by at least 70 ° to at most 100 °, preferably by at least 75 ° at most 92 °, preferably around 85 °.
  • the separation device 5 is preferably designed as a pre-separator, wherein downstream - in the flow direction of the separation chamber 7 flowing through the gas stream - a Feinabscheide noticed 29 - preferably in the form of a filter - is arranged. In this case, the separation efficiency of the fine separator 29 improves by the high
  • the separator 5 is in Figure 1 in its preferred mounting position on the
  • Housing 19 flows in the horizontal direction.
  • Drainage outlet 23 is strongly delayed around. Here is a very efficient separation of the liquid medium from the gas stream instead, the liquid medium then in the
  • Pass drainage outlet and can be supplied via the drainage line 25 to the crankcase again.
  • Outlet region 11 is deflected back in the vertical upward direction, whereby he flows over the outlet 11 vertically upwards into the Feinabscheideeinrichrung 29.
  • Tropflippe the gas flow in terms of a reduced separation efficiency negative influenced and in particular prevents an efficient delay of the gas flow. It acts rather flow-accelerating, where it unfolds a kind of spoiler-like effect.
  • the piping 31 is preferably designed here as a plug-in tube, which can be connected to a crankcase or arranged on the crankcase pipe, so that the blow-by gas from the crankcase into the casing 31 is feasible.
  • the fine separation device 29 preferably has its own drainage outlet as well as its own drainage line 41 assigned to it.
  • FIG. 2 shows a plan view of the exemplary embodiment of the separating device 5 according to FIG. 1. Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. It is here
  • FIG. 2 also shows a section line B-B which defines a sectional plane through the housing 19, which is shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view along that shown in FIG
  • Section line B-B and a drawn therein flow profile for the gas flow are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description.
  • FIG. 1 In particular, in FIG. 1
  • a first line LI here shows a main inflow direction of the gas flow through the inlet region 9, although it is offset in parallel, the second line L2 being used
  • Orientation of the baffle 17 is displayed. It turns out that the angle between the Baffle 17 and the main inflow direction through the inlet region 9 here is in particular 85 °.
  • an angular range W is shown, which is a preferred range for the choice of the angle between the baffle 17 and that represented by the first line LI
  • the gas flow has a relatively high flow velocity, in particular a first, higher flow velocity of, for example, 6 m per second. With this first flow velocity, the gas stream flows into the inlet region 9. In a deflection region 45, the gas flow experience a delay, where it meets the impact wall 17 there and is deflected in the vertical direction. Immediately along the
  • a second region 47 extends, in which the gas flow flows relatively quickly on the baffle, in particular with the first, higher flow rate, for example, 6 m per second.
  • a significantly delayed gas flow results.
  • a third region 49 in which the gas flow experiences a strong delay, where he is relatively slow in this area flows, in particular with a second, lower flow rate of, for example, 1 m per second to 2 m per second.
  • a very efficient separation of liquid medium from the gas stream takes place, wherein the liquid medium leaves the gas stream with a high deposition rate and is led away via the drainage outlet 23.
  • a total cross section of the separation chamber 7 detecting delay region exists in which the gas flow in total, namely along an imaginary plane - which detects the full cross section of the separation chamber 7 - has a relatively slow flow rate, in particular a flow rate from locally at most half of the
  • the separation device 5 By means of the separation device 5, the crankcase ventilation 3 and the internal combustion engine 1, an extremely efficient pre-separation with a high separation efficiency can be achieved. Furthermore, the separation chamber 7 can be produced integrally as a cast part in a simple and cost-effective manner.
  • the filter life of a fine separator 29 is increased by the improved separation efficiency of the pre-separation in the separator 5. At the same time, the efficiency of the fine separation is increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abscheideeinrichtung (5) zur Abscheidung eines flüssigen Mediums aus einem Gasstrom, mit einem Abscheideraum (7), der einen Einlassbereich (9) und einen Auslassbereich (11) für den Gasstrom aufweist, wobei der Abscheideraum (7) eine Strömungsverzögerungsgeometrie (13) aufweist, die eingerichtet ist, um den Gasstrom in dem Abscheideraum (7) derart zu verzögern, dass das flüssige Medium aufgrund der Verzögerung des Gasstroms aus diesem abgeschieden wird.

Description

BESCHREIBUNG Abscheideeinrichtung, Kurbelgehäuse-Entlüftung für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Abscheideeinrichtung zur Abscheidung eines flüssigen Mediums aus einem Gasstrom, eine Kurbelgehäuse-Entlüftung für eine Brennkraftmaschine, und eine
Brennkraftmaschine.
Bei Brennkraftmaschinen tritt während einer Verbrennung typischerweise ein Leckage-Gasstrom aus einem Brennraum entlang eines Leckagepfads in einen dem Brennraum benachbarten Raum ein. Beispielsweise besteht bei als Hubkolbenmaschinen ausgebildeten Brennkraftmaschinen ein Leckagepfad von einem Brennraum in ein Kurbelgehäuse, wobei während der Verbrennung entstehende Gase entlang des Leckagepfads an Kolbenringdichtungen vorbei in das
Kurbelgehäuse gelangen. Dieses Phänomen wird auch als Blow-By bezeichnet. Um die Gase aus dem Kurbelgehäuse herauszuführen, ist typischerweise eine Kurbelgehäuse-Entlüftung vorgesehen. Von dem Leckagegas mitgeführtes Öl muss abgeschieden werden, bevor das Leckagegas zurück in einen Ansaugtrakt oder in eine Umgebung der Brennkraftmaschine geführt wird. Hierzu können Abscheideeinrichtungen verwendet werden, welche in einem
Abscheideraum Einlegebleche zur Vorabscheidung von Öl enthalten, die zumeist V-förmig ausgebildet sind. Die Einlegebleche weisen Öffnungen auf, durch welche der Gasstrom durchtreten kann. Dabei kann sich Öl an den Einlegeblechen abscheiden, wobei von dem
Gasstrom mitgerissene Öltröpfchen gegen Wandungen der Einlegebleche zwischen den
Öffnungen prallen und von den Einlegeblechen abströmen oder abtropfen. Die
Abscheideleistung eines solchen Vorabscheiders ist verbesserungsfähig. Hinzu kommt, dass die Einlegebleche aufwendig in dem Abscheideraum montiert werden müssen, was zusätzlichen logistischen Aufwand, Kosten und Montageaufwand mit sich bringt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abscheideeinrichtung, eine Kurbelgehäuse- Entlüftung für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Abscheideeinrichtung zur Abscheidung eines flüssigen Mediums aus einem Gasstrom geschaffen wird, wobei die Abscheideeinrichtung einen Abscheideraum aufweist, der einen Einlassbereich und einen Auslassbereich für den Gasstrom aufweist. Der Abscheideraum weist eine Strömungsverzögerungsgeometrie auf, die eingerichtet ist, um den Gasstrom in dem Abscheideraum derart zu verzögern, dass das flüssige Medium aufgrund der Verzögerung des Gasstroms aus dem Gasstrom abgeschieden wird. Dieser Ausgestaltung der Abscheideeinrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein flüssiges
Medium, welches insbesondere in Form von Tröpfchen von einem Gasstrom mitgerissen wird, den Gasstrom verlässt, sobald dieser sich verlangsamt. Die mitgerissenen Tröpfchen sinken dann ab und werden von dem nur noch langsam strömenden Gasstrom abgetrennt. Die
Abscheideeinrichtung weist Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Insbesondere ist es möglich, dass die Abscheideeinrichtung eine im Vergleich zu einer herkömmlichen
Abscheideeinrichtung erhöhte Abscheideleistung, also eine erhöhte Menge an abgetrenntem flüssigem Medium pro Zeiteinheit aus dem Gasstrom, aufweist.
Der Abscheideraum ist insbesondere ein Bereich innerhalb der Abscheideeinrichtung, in dem eine Trennung des flüssigen Mediums von dem Gasstrom stattfindet. Der Einlassbereich ist ein Bereich, in welchem der Gasstrom in den Abscheideraum eintritt. Der Austrittsbereich ist ein Bereich, in welchem der Gasstrom aus dem Abscheideraum austritt. Dabei ist es möglich, dass die Abscheideeinrichtung insgesamt größer ist als der Abscheideraum, und - insbesondere einstückig - Pfade für den Gasstrom stromaufwärts und stromabwärts des Abscheideraums aufweist. Der Einlassbereich und der Auslassbereich bilden von ihrer Funktion her Bereiche, in denen der Gasstrom in den Bereich, in dem die Abscheidung des flüssigen Mediums aus dem Gasstrom stattfindet, eintritt und aus diesem austritt. Es ist aber auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei welchem der Abscheideraum räumlich-geometrisch von stromauf- und
stromabwärts angeordneten Strömungspfaden für den Gasstrom trennbar oder getrennt ist. In diesem Fall ist es möglich, dass der Einlassbereich und/oder der Auslassbereich einen räumlich abgrenzbaren Einlass und/oder Auslass für den Gasstrom bildet/bilden. Insbesondere ist es möglich, dass die Abscheideeinrichtung im Wesentlichen den Abscheideraum umfasst oder aus dem Abscheideraum besteht. Es wird ein Ausführungsbeispiel der Abscheideeinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Strömungsverzögerungsgeometrie eingerichtet ist, um die
Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms zumindest bereichsweise um wenigstens einen Faktor 0,7 zu verzögern. Vorzugsweise ist die Strömungsverzögerungsgeometrie eingerichtet, um die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms um mindestens einen Faktor 0,5, besonders bevorzugt um einen Faktor kleiner als 0,5, zu verzögern. Die hier genannten Verzögerungen stellen sicher, dass in dem Bereich der deutlich verzögerten Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms eine effiziente Abscheidung des flüssigen Mediums aus dem Gasstrom erfolgt. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Abscheideeinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Strömungsverzögerungsgeometrie eine S-förmige Strömungsführung für den Gasstrom in dem Abscheideraum aufweist. Die S-förmige Strömungsführung stellt eine zweifache Umlenkung für den Gasstrom bereit, wobei dieser durch diese Umlenkung, vorzugsweise insbesondere bereits durch eine - in Strömungsrichtung gesehen - erste
Umlenkung, vorzugsweise zusätzlich aber auch durch die - in Strömungsrichtung gesehen - hinter der ersten Umlenkung angeordnete, zweite Umlenkung der S-förmigen
Strömungsführung, deutlich verzögert wird. Somit weist eine Strömungsverzögerungsgeometrie mit S-förmiger Strömungsführung eine besonders effiziente Verzögerungswirkung auf den Gasstrom auf. Es ist möglich, dass der Abscheideraum selbst zumindest bereichsweise S-förmig ausgebildet ist. In diesem Fall stellt der Abscheideraum insgesamt die S-förmige
Strömungsführung und damit die Strömungsverzögerungsgeometrie bereit.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die
Strömungsverzögerungsgeometrie ein Strömungsverzögerungselement aufweist, das eingerichtet ist, um den Gasstrom um mindestens 70° bis höchstens 100°, vorzugsweise um mindestens 75° bis höchstens 92°, vorzugsweise um 85°, umzulenken. Durch diese deutliche, insbesondere nahezu rechtwinklige oder rechtwinklige Umlenkung wird der Gasstrom stark verzögert, sodass sich aufgrund der Verzögerung das flüssige Medium aus dem Gasstrom abscheiden kann. Vorzugsweise wird der von dem Einlassbereich in den Abscheideraum einströmende Gasstrom zunächst um mindestens 70° bis höchstens 100°, vorzugsweise um mindestens 75° bis höchstens 92°, vorzugsweise um 85°, umgelenkt, wobei das Strömungsverzögerungselement vorzugsweise in der Nähe des Einlassbereichs angeordnet ist, sodass der durch den Einlassbereich
einströmende Gasstrom unmittelbar beim Einströmen auf das Strömungsverzögerungselement trifft. An einem dem Einlassbereich - in Strömungsrichtung gesehen - abgewandten Ende des Strömungsverzögerungselements wird der Gasstrom vorzugsweise erneut um einen Winkel von mindestens 70° bis höchstens 100° umgelenkt. Nach dieser zweiten Umlenkung strömt der Gasstrom vorzugsweise zu dem Auslassbereich und verlässt dort den Abscheideraum. Es ist möglich, dass der Gasstrom zu dem Auslassbereich hin ein drittes Mal umgelenkt wird. Dabei kann die dritte Umlenkung einen kleineren Winkel aufweisen, als die erste Umlenkung und die zweite Umlenkung.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Abscheideeinrichtung ist vorgesehen, dass das Strömungsverzögerungselement als Prallplatte oder als Prallwand ausgebildet ist. Der durch den Einlassbereich einströmende Gasstrom trifft dann auf die Prallplatte oder Prallwand. Dabei ist es möglich, dass von dem Gasstrom mitgerissene Tröpfchen des flüssigen Mediums gegen die Prallplatte oder Prallwand prallen und so von dieser abtropfen oder abfließen können, bevor der Gasstrom durch den Strömungswiderstand der Prallplatte oder Prallwand so stark verlangsamt wird, dass sich aufgrund der Verzögerung Tröpfchen flüssigen Mediums aus dem Gasstrom abscheiden. Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Prallplatte oder Prallwand selbst bereits eine solche abscheidende Wirkung durch Anprallen flüssiger Tröpfchen aufweist, vielmehr genügt grundsätzlich deren die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms beim
Anprallen desselben gegen die Prallplatte oder Prallwand stark verzögernde Wirkung, um eine effiziente Abscheidung in dem Bereich der stark verzögerten Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms zu bewirken.
Eine Prallplatte oder Prallwand lässt sich in besonders einfacher Weise als
Strömungsverzögerungselement realisieren. Dabei ist es möglich, dass die Prallplatte als separates Element in den Abscheideraum eingesetzt und vorzugsweise in diesem befestigt ist.
Besonders bevorzugt wird allerdings ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die
Strömungsverzögerungsgeometrie - vorzugsweise einschließlich des
Strömungsverzögerungselements - einstückig mit dem Abscheideraum ausgebildet ist. Dabei bedarf es keiner separaten Anordnung getrennter Elemente in dem Abscheideraum, sodass dieser kostengünstig und mit äußerst geringem Aufwand hergestellt werden kann. Insbesondere in diesem Fall ist das Strömungsverzögerungselement bevorzugt als Prallwand ausgebildet, wobei die Prallwand Teil einer Wandung des Abscheideraums ist, welche einstückig mit diesem ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Abscheideraum als Gussteil ausgebildet, wobei die
Strömungsverzögerungsgeometrie - bevorzugt einschließlich des
Strömungsverzögerungselements - in die gegossene Geometrie und damit das Gussteil integriert ist. Es ist dann keine Montage von separaten Elementen der Strömungsverzögerungsgeometrie mehr erforderlich.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Abscheideeinrichtung und insbesondere der Abscheideraum frei ist von einer sogenannten Tropflippe. Dabei handelt es sich um eine Nase oder einen Wandvorsprung, der zur Strömungsbeeinflussung und/oder zur
Abscheidung von Tröpfchen eines flüssigen Mediums durch Anprallen gegen die Tropflippe dient. Simulationen der Geometrie des Abscheideraums und insbesondere der
Strömungsverzögerungsgeometrie haben gezeigt, dass eine solche Tropflippe ungünstige Eigenschaften im Hinblick auf die Verzögerung des Gasstroms hat und somit die
Abscheideleistung der Abscheideeinrichtung tendenziell verschlechtert. Die
Abscheideeinrichtung weist daher insbesondere eine verbesserte Abscheideleistung auf, wenn sie keine Tropflippe aufweist.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Abscheideeinrichtung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Abscheideraum einen Drainageauslass für abgeschiedenes, flüssiges Medium aufweist. Der Drainageauslass ist besonders bevorzugt an einem tiefsten Punkt der Abscheideeinrichtung - bei bestimmungsgemäßer Montage - angeordnet. Abgeschiedenes, flüssiges Medium kann dann in einfacher Weise gravitationsgetrieben zu dem Drainageauslass strömen und von dort aus der Abscheideeinrichtung abgeführt werden.
Bevorzugt ist die Strömungsverzögerungsgeometrie eingerichtet, um den von dem
Einlassbereich her einströmenden Gasstrom in Richtung des Drainageauslasses umzulenken, insbesondere um vorzugsweise mindestens 70° bis höchstens 100°, vorzugsweise von
mindestens 75° bis höchstens 92°, vorzugsweise um 85°. Dabei wird der Gasstrom gerade im Bereich des Drainageauslasses verzögert, sodass die Abscheidung in dessen Bereich erfolgt. Das abgeschiedene, flüssige Medium kann dann direkt in den Drainageauslass gelangen, wodurch die Abscheidung sehr effizient ausgestaltet ist. Durch eine möglichst direkte Abfuhr des
abgeschiedenen flüssigen Mediums durch den Drainageabfluss wird überdies gewährleistet, dass höchstens geringe Mengen von bereits abgeschiedenem flüssigem Medium erneut durch den Gasstrom mitgerissen werden.
Die Abscheideeinrichtung ist bevorzugt eingerichtet als Vorabscheider für eine Entlüftung einer Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Kurbelgehäuse-Entlüftung. Sie ist insbesondere eingerichtet zur Abscheidung von Öl aus einem Gasstrom der Brennkraftmaschine, insbesondere aus einem Entlüftungs-Gasstrom von sogenanntem Blow By-Gas.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Kurbelgehäuse-Entlüftung für eine
Brennkraftmaschine geschaffen wird, die eine Abscheideeinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei verwirklichen sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit der Abscheideeinrichtung genannten Vorteile.
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Kurbelgehäuse-Entlüftung bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Abscheideeinrichtung als Vorabscheider ausgebildet ist, wobei
stromabwärts der Abscheideeinrichtung - in Strömungsrichtung des Gasstroms gesehen - eine Feinabscheideeinrichtung angeordnet ist. Um eine möglichst effiziente Abscheidung von Öl aus dem aus dem Kurbelgehäuse entlüfteten Blow By-Gas zu gewährleisten, wird vorzugsweise eine zweistufige Abscheidung vorgesehen, wobei die hier beschriebene Abscheideeinrichtung besonders als Vorabscheider geeignet ist. Die Feinabscheideeinrichtung weist vorzugsweise wenigstens einen Filter auf, in dem noch in dem Gasstrom vorhandenes Öl aus diesem gefiltert wird. Durch die hohe Abscheideleistung der hier vorgeschlagenen Abscheideeinrichtung wird der Filter der Feinabscheideeinrichtung in geringerem Maße mit Öl belastet. Zugleich sinkt dessen Verschmutzung durch von dem Öl mitgetragenen Schmutz oder Ruß. Die Filterwirkung wird verbessert, weil der Filter weniger ölbelastet und damit weniger nass ist. Durch die geringere Filterbeladung sinkt auch ein Druckverlust an dem Filter, und dessen
Abscheidewirkung, insbesondere dessen Abscheidegrad, wird verbessert. Dies erhöht dann insgesamt die Abscheideleistung der Kurbelgehäuse-Entlüftung, weil zum einen die
Abscheideleistung der Abscheideeinrichtung erhöht ist, und weil zum anderen durch die geringere Ölbelastung auch die Abscheideleistung des Filters der Feinabscheideeinrichtung steigt. Weiterhin erhöht sich die Standzeit des Filters durch die geringere Ölbelastung und die geringere Verschmutzung. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Kurbelgehäuse-Entlüftung als geschlossene Kurbelgehäuse-Entlüftung ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das
Kurbelgehäuse in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine entlüftet wird, wobei der Gasstrom von dem Kurbelgehäuse zu dem Ansaugtrakt insbesondere durch ein Druckgefälle zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ansaugtrakt getrieben wird. Auf diese Weise ist es möglich, in dem Kurbelgehäuse einen Druck unterhalb des Umgebungsdrucks einzustellen, was vorteilhaft ist, weil auf diese Weise ein Ausdringen von Öl aus dem Kurbelgehäuse verhindert werden kann. Es zeigt sich dabei, dass die hier vorgeschlagene Abscheideeinrichtung als Vorabscheider nur einen geringen Druckverlust aufweist, obwohl der Gasstrom in der Abscheideeinrichtung deutlich verzögert wird. Insbesondere beträgt der Druckverlust in der Abscheideeinrichtung ungefähr 2 mBar. Dies ist typischerweise gegenüber einem Gesamt-Druckunterschied zwischen dem Kurbelgehäuse einerseits und dem Ansaugtrakt andererseits vernachlässigbar. Weiterhin zeigt sich, dass die Feinabscheideeinrichtung einen deutlich höheren Druckverlust über dem wenigstens einen Filter aufweist.
Eine gute und möglichst vollständige Abscheidung von Öl aus dem Gasstrom ist insbesondere für die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine entscheidend, wenn der Gasstrom dem Ansaugtrakt zugeführt wird. Es ist aber auch ein Ausführungsbeispiel der Kurbelgehäuse-Entlüftung möglich, das als offene Kurbelgehäuse-Entlüftung ausgebildet ist. Dabei wird der Gasstrom einer Umgebung der Brennkraftmaschine, insbesondere der Atmosphäre, zugeführt. Auch hierbei muss vermieden werden, dass ein zu hoher Ölanteil gemeinsam mit dem Gasstrom in die Atmosphäre gelangt. Bei einer offenen Kurbelgehäuse-Entlüftung ist vorzugsweise eine Fördereinrichtung
vorgesehen, welche den Gasstrom entlang eines Entlüftungspfads fördert, wobei durch die
Fördereinrichtung zugleich ein Druck in dem Kurbelgehäuse eingestellt werden kann, welcher geringer ist als der Umgebungs- oder Atmosphärendruck.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Kurbelgehäuse-Entlüftung ist bevorzugt vorgesehen, dass ein mit dem Drainageauslass verbundener Drainagepfad zurück in das Kurbelgehäuse führt. Aus dem Gasstrom abgeschiedenes Öl wird also zurück in das Kurbelgehäuse geführt, von wo es vorzugsweise direkt in eine mit dem Kurbelgehäuse fluidverbundene Ölwanne gelangt. Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche eine Kurbelgehäuse-Entlüftung nach einem der zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiele und/oder eine Abscheideeinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei verwirklichen sich die bereits in Zusammenhang mit der Abscheideeinrichtung und der Kurbelgehäuse-Entlüftung erwähnten Vorteile.
Die Abscheideeinrichtung ist vorzugsweise an der Brennkraftmaschine derart angeordnet, dass der Gasstrom in vertikaler Richtung nach oben in den Einlassbereich des Abscheideraums einströmt. Dort wird er vorzugsweise über ein Überströmelement, das als Überströmrippe ausgebildet sein kann, umgelenkt, wobei er in horizontaler Richtung über das Überströmelement zu der Prallwand oder Prallplatte strömt. An der Prallwand wird der Gasstrom so umgelenkt, dass er weiter in vertikaler Richtung nach unten strömt, wobei das Überströmelement oder die Überströmrippe insbesondere den an der Prallwand nach unten strömenden Gasstrom von dem vertikal nach oben einströmenden Gasstrom räumlich trennt. An einem unteren Ende der Prallwand wird der Gasstrom wiederum in horizontaler Richtung umgelenkt, wobei er anschließend wiederum vertikal nach oben umgelenkt wird und den Abscheideraum über den Auslassbereich in vertikaler Richtung zu der Feinabscheideeinrichtung hin verlässt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Prallwand auf den
Drainageauslass hin ausgerichtet ist, sodass der durch die Prallwand verzögerte Gasstrom in Richtung des Drainageauslass strömt, wo dann in effizienter Weise flüssiges Medium aus dem Gasstrom abgeschieden wird, welches direkt in den Drainageauslass gelangt.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären
Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Bfennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die
Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet.
Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet. Es zeigt sich, dass durch die Abscheideeinrichtung einem Gasstrom, insbesondere einem Blow By-Gasstrom einer Brennkraftmaschine, grobe Öltröpfchen und Spritzölanteile in effizienter Weise entnommen werden können, wobei diese über eine separate Rücklaufleitung drainiert werden können. Dabei unterliegt die Funktion der Abscheideeinrichtung der Theorie, dass Öltropfen, welche in einem Gasstrom mitschwimmen, diesen verlassen, sobald er sich verlangsamt. Die Strömungsverzögerungsgeometrie ist vorzugsweise durch mehrere
Iterationsschleifen - insbesondere einer Simulation - optimiert. Sie verlangsamt die in den Abscheideraum einströmenden, ölhaltigen Blow By-Gase. Dadurch hat in dem Gasstrom gebundenes Öl die Gelegenheit, über eine Drainageleitung am tiefsten Punkt des
Abscheideraumes zurück zu der Brennkraftmaschine und insbesondere zu dem Kurbelgehäuse zu fließen. Je langsamer dabei die Fließgeschwindigkeit des Gasstroms ist, desto kleiner sind die Ölpartikel, welche noch abgeschieden werden können. Eine Standzeit eines stromabwärts der Abscheideeinrichtung angeordneten Filters einer Feinabscheideeinrichtung wird durch den deutlich geringeren Ölanfall im Filter erhöht. Dadurch können Wartungsintervalle gestreckt und Betriebskosten gesenkt werden.
Die Strömungsgeschwindigkeit wird in dem Abscheideraum zumindest bereichsweise, insbesondere im Bereich des Drainageauslasses, vorzugsweise unter 3 m pro Sekunde gehalten, um eine effiziente Öldrainage zu gewährleisten und ein Mitreißen von Öl zu verhindern beziehungsweise so gering wie möglich zu halten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Abscheideeinrichtung; Figur 2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, und
Figur 3 eine schematische Schnittansicht durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung in einem dreidimensionalen Teilschnitt eines
Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einer Kurbelgehäuse-Entlüftung 3, welche eine Abscheideeinrichtung 5 zur Abscheidung eines flüssigen Mediums, insbesondere von Schmieröl für die Brennkraftmaschine 1, aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem aus einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 1 herausgeführten Blow By-Gasstrom, aufweist. Die Abscheideeinrichtung 5 weist einen Abscheideraum 7 auf, der einen Einlassbereich 9 und einen Auslassbereich 11 für den Gasstrom aufweist. Dabei weist der Abscheideraum eine Strömungsverzögerungsgeometrie 13 auf, die eingerichtet ist, um den Gasstrom in dem
Abscheideraum 7 derart zu verzögern, dass das flüssige Medium aufgrund der Verzögerung des Gasstroms aus diesem abgeschieden wird. Durch Verzögerung des Gasstroms ist es möglich, von dem Gasstrom mitgerissene Tröpfchen des flüssigen Mediums aus diesem abzuscheiden, da sich zeigt, dass diese den Gasstrom verlassen, sobald er sich verlangsamt.
Die Strömungsverzögerungsgeometrie 13 ist insbesondere eingerichtet, um die Geschwindigkeit des Gasstroms in dem Abscheideraum 7 zumindest bereichsweise wenigstens um einen Faktor 0,7, vorzugsweise wenigstens um einen Faktor 0,5, vorzugsweise um einen Faktor kleiner als 0,5, zu verzögern. Insbesondere wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms durch die Strömungsverzögerungsgeometrie 13 bevorzugt auf höchstens 3 m pro Sekunde, vorzugsweise auf weniger als 3 m pro Sekunde, verlangsamt, was eine besonders effiziente Abscheidung des flüssigen Mediums aus dem Gasstrom gewährleistet.
Anhand von Figur 1 wird deutlich, dass die Strömungsverzögerungsgeometrie 13 zwischen dem Einlassbereich 9 und dem Auslassbereich 11 eine S-förmige Strömungsführung für den
Gasstrom in dem Abscheideraum 7 aufweist. Dabei ist hier insbesondere der Abscheideraum 7 selbst zumindest bereichsweise S-förmig ausgebildet. Der Gasstrom erfährt dadurch eine zweifache Umlenkung und wird effizient verzögert.
Die Strömungsverzögerungsgeometrie weist ein Strömungsverzögerungselement 15 auf, das eingerichtet ist, um den Gasstrom um mindestens 70° bis höchstens 100°, vorzugsweise um mindestens 75° bis höchstens 92°, vorzugsweise um 85°, umzulenken. Insbesondere ist das Strömungsverzögerungselement 15 so angeordnet und eingerichtet, dass es den durch den Einlassbereich 9 in den Abscheideraum 7 einströmenden Gasstrom unmittelbar aus seiner Einströmrichtung durch den Einlassbereich 9 heraus umlenkt. Das
Strömungsverzögerungselement 15 ist hier als Prallwand 17 ausgebildet. Dabei ist es
insbesondere einstückig mit dem Abscheideraum 7 ausgebildet. Der Abscheideraum 7 ist mit der Prallwand 17 insbesondere als Gussteil einstückig ausgebildet. Insgesamt ist der Abscheideraum 7 vorzugsweise durch ein einstückiges Gehäuse 19 gebildet, das als Gussteil ausgebildet ist, und dessen Wandungen den Abscheideraum 7 begrenzen, wobei insbesondere eine der Wandungen des Gehäuses 19 die Prallwand 17 bildet. Insbesondere auf diese Weise kann der Abscheideraum 7 sehr einfach, schnell und kostengünstig hergestellt werden.
Der Abscheideraum 7 weist an einem in Figur 1 nicht direkt erkennbaren, jedoch in Figur 3 dargestellten, tiefsten Punkt 21 einen Drainageauslass 23 auf, an den vorzugsweise eine
Drainageleitung 25 angeschlossen ist. Diese führt vorzugsweise zurück in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 1 , sodass aus dem Gasstrom abgeschiedenes Öl in das Kurbelgehäuse und über dieses in eine Ölwanne zurückgeführt werden kann. Dabei ist in der Drainageleitung 25 vorzugsweise eine Drucksperre 27 angeordnet, um zu verhindern, dass Blow By-Gas in
Gegenstromrichtung zu dem Öl durch die Drainageleitung 25 in den Abscheideraum 7 gelangt.
Die Strömungsverzögerungsgeometrie 13 und insbesondere das Strömungsverzögerungselement 15, hier die Prallwand 17, ist bevorzugt eingerichtet, um den von dem Einlassbereich 9 her einströmenden Gasstrom in Richtung des Drainageauslass 23 umzulenken, insbesondere um mindestens 70° bis höchstens 100°, vorzugsweise um mindestens 75° bis höchstens 92°, vorzugsweise um 85°.
Die Abscheideeinrichtung 5 ist vorzugsweise als Vorabscheider ausgebildet, wobei stromabwärts - in Strömungsrichtung des den Abscheideraum 7 durchströmenden Gasstroms gesehen - eine Feinabscheideeinrichtung 29 - vorzugsweise in Form eines Filters - angeordnet ist. Dabei verbessert sich die Abscheidewirkung der Feinabscheideeinrichtung 29 durch den hohen
Abscheidegrad der Abscheideeinrichtung 5, weil die weniger durch Öl belastete
Feinabscheideeinrichtung 29 effizienter abscheiden kann. Darüber hinaus erhöht sich deren Standzeit aufgrund der geringeren Belastung, wodurch auch Wartungsintervalle der Feinabscheideeinrichtung 29 länger werden. Weiterhin reduziert sich ein Druckverlust über die Feinabscheideeinrichtung 29 durch deren geringere Beladung.
Die Abscheideeinrichtung 5 ist in Figur 1 in ihrer bevorzugten Einbaulage an der
Brennkraftmaschine 1 abgebildet. Dabei strömt der von dem Kurbelgehäuse her kommende
Gasstrom in vertikaler Richtung aufwärts durch eine Verrohrung 31 in das Gehäuse 19, wobei es möglich ist, dass die Verrohrung 31 einstückig mit dem Gehäuse 19 ausgebildet ist. In dem Gehäuse 19 ist eine den Abscheideraum 7 begrenzende, sich in vertikaler Richtung von einem Boden 33 des Abscheideraums 7 ausgehend erstreckende Überströmrippe 35 angeordnet, über welche der Gasstrom in den Einlassbereich 9 überströmt. Dabei wird er in horizontaler Richtung umgelenkt, sodass er zwischen der Überströmrippe 35 und einem Deckenbereich 37 des
Gehäuses 19 in horizontaler Richtung strömt.
Der horizontal durch den Einlassbereich 9 einströmende Gasstrom prallt gegen die Prallwand 17 und wird von dieser in vertikaler Richtung nach unten umgelenkt. Dies bewirkt eine starke Verzögerung des Gasstroms, wobei dieser insbesondere in einen Bereich um den
Drainageauslass 23 herum stark verzögert ist. Hier findet eine sehr effiziente Abscheidung des flüssigen Mediums aus dem Gasstrom statt, wobei das flüssige Medium dann in den
Drainageauslass gelangen und über die Drainageleitung 25 dem Kurbelgehäuse wieder zugeführt werden kann.
Zwischen einem unteren Ende 39 der Prallwand 17 und dem Boden 33 des Abscheideraums 7 wird der Gasstrom wiederum in horizontale Richtung umgelenkt, wobei er hier zu dem
Auslassbereich 11 hin nochmals in vertikaler Aufwärtsrichtung umgelenkt wird, wobei er so über den Auslassbereich 11 vertikal nach oben in die Feinabscheideeinrichrung 29 einströmt.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt sich, dass dieses insbesondere in dem Deckenbereich 37 frei von einer Tropflippe ist. Ausgehend von dem Deckenbereich 37 erstreckt sich also stromaufwärts der Prallwand 17 kein Vorsprung und keine Nase in vertikaler Richtung nach unten, wobei eine solche geometrische Struktur auf den ersten Blick geeignet erscheinen könnte, um die Ölabscheidung zu verbessern und Öl von der Tropflippe abtropfen zu lassen, wobei sich jedoch insbesondere in Strömungssimulationen gezeigt hat, dass eine solche
Tropflippe die Gasströmung in Hinblick auf eine verringerte Abscheidewirkung negativ beeinflusst und insbesondere eine effiziente Verzögerung des Gasstroms verhindert. Sie wirkt dabei eher Strömungsbeschleunigend, wobei sie quasi eine Spoiler-artige Wirkung entfaltet.
Es zeigt sich auch, dass die Verrohrung 31 hier bevorzugt als Steckrohr ausgebildet, welches mit einem dem Kurbelgehäuse zugeordneten oder an dem Kurbelgehäuse angeordneten Rohr verbunden werden kann, sodass das Blow By-Gas aus dem Kurbelgehäuse in die Verrohrung 31 führbar ist.
Die Feinabscheideeinrichtung 29 weist vorzugsweise einen eigenen Drainageauslass sowie eine eigene, ihr zugeordnet Drainageleitung 41 auf.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der Abscheideeinrichtung 5 gemäß Figur 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist hier
insbesondere das Gehäuse 19 quasi von oben gesehen abgebildet, wobei die Verrohrung 31 und die Feinabscheideeinrichtung 29 erkennbar sind. Es ist möglich, dass - wie hier dargestellt - die Abscheideeinrichtung 5 quasi symmetrisch ausgestaltet ist, wobei eine zweite
Feinabscheideeinrichtung 29' vorgesehen ist, und wobei sich der Gasstrom bevorzugt in dem Abscheideraum 7 auf die beiden Feinabscheideeinrichtungen 29, 29' aufteilt.
In Figur 2 ist außerdem eine Schnittlinie B-B erkennbar, die eine Schnittebene durch das Gehäuse 19 definiert, die in Figur 3 dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt dabei eine schematische Schnittansicht entlang der in Figur 2 dargestellten
Schnittlinie B-B sowie ein darin eingezeichnetes Strömungsprofil für den Gasstrom. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei sind in Figur 3 insbesondere die
Überströmrippe 35, der Einlassbereich 9, die Prallwand 17, der Boden 33, der Deckenbereich 37, der Auslassbereich 11, und das untere Ende 39 der Prallwand 17 erkennbar.
Mit einer ersten Linie LI ist hier eine - allerdings parallel versetzte - Haupteinströmrichtung des Gasstroms durch den Einlassbereich 9 dargestellt, wobei durch eine zweite Linie L2 die
Orientierung der Prallwand 17 angezeigt ist. Dabei zeigt sich, dass der Winkel zwischen der Prallwand 17 und der Haupteinströmrichtung durch den Einlassbereich 9 hier insbesondere 85° beträgt.
Darüber hinaus ist ein Winkelbereich W dargestellt, der einen bevorzugten Bereich für die Wahl des Winkels zwischen der Prallwand 17 und der durch die erste Linie LI dargestellten
Haupteinströmrichtung symbolisiert. Dabei zeigt sich, dass dieser bevorzugte Winkelbereich W mindestens 75° bis höchstens 92° beträgt.
In einem ersten Bereich 43 weist der Gasstrom eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere eine erste, höhere Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise 6 m pro Sekunde auf. Mit dieser ersten Strömungsgeschwindigkeit strömt der Gasstrom in den Einlassbereich 9 ein. In einem Umlenkbereich 45 erfahrt der Gasstrom eine Verzögerung, wobei er dort auf die Prall wand 17 trifft und in vertikaler Richtung umgelenkt wird. Unmittelbar entlang der
Prallwand 17 erstreckt sich ein zweiter Bereich 47, in welchem der Gasstrom relativ schnell an der Prallwand abströmt, insbesondere mit der ersten, höheren Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise 6 m pro Sekunde. In weiter von der Prallwand beabstandeten Bereichen ergibt sich dagegen eine deutlich verzögerte Gasströmung. Insbesondere aber unterhalb des unteren Endes 39 der Prallwand 17, besonders in der Nähe des Bodens 33 und ganz besonders in der Nähe des Drainageauslass 23 ergibt sich ein dritter Bereich 49, in dem der Gasstrom eine starke Verzögerung erfährt, wobei er in diesem Bereich relativ langsam strömt, insbesondere mit einer zweiten, geringeren Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise 1 m pro Sekunde bis 2 m pro Sekunde. In diesem Bereich langsamer Strömung findet eine sehr effiziente Abscheidung von flüssigem Medium aus dem Gasstrom statt, wobei das flüssige Medium den Gasstrom mit hoher Abscheiderate verlässt und über den Drainageauslass 23 weggeführt wird.
Es zeigt sich noch, dass bei dem hier dargestellten Ausfuhrungsbeispiel der
Abscheideeinrichtung 5 ein durch eine strichlierte Linie L3 dargestellter, einen gesamten Querschnitt des Abscheideraums 7 erfassender Verzögerungsbereich existiert, in welchem der Gasstrom insgesamt, nämlich entlang einer gedachten Ebene - die den vollen Querschnitt des Abscheideraums 7 erfasst - eine relativ langsame Strömungsgeschwindigkeit aufweist, insbesondere eine Strömungsgeschwindigkeit von lokal höchstens der Hälfte der
Strömungsgeschwindigkeit in dem Einlassbereich 9 und besonders bevorzugt lokal höchstens 2,5 m pro Sekunde. Der gesamte Gasmassenstrom muss diese durch die Linie L3 dargestellte, gedachte Ebene passieren, sodass die gesamte, den Abscheideraum 7 durchströmende Gasmasse verzögert wird. Da demnach bevorzugt kein Pfad innerhalb des Abscheideraums 7 existiert, entlang dem der Gasstrom die den gesamten Querschnitt umfassende Ebene schneller passieren kann, wird ein besonders hoher Abscheidegrad realisiert, da jedenfalls an allen Orten der gedachten Ebene eine Abscheidung von flüssigem Medium aus dem Gasstrom stattfindet. Somit wird durch die hier dargestellte Geometrie sehr effektiv verhindert, dass es schnellere
Strömungspfade durch den Abscheideraum 7 gibt, in denen Tröpfchen des flüssigen Mediums mitgerissen werden, ohne dass sich eine verzögerungsbedingte Abscheidung ergibt.
Insgesamt zeigt sich, dass mittels der Abscheideeinrichtung 5, der Kurbelgehäuse-Entlüftung 3 und der Brennkraftmaschine 1 eine äußerst effiziente Vorabscheidung mit hohem Abscheidegrad verwirklicht werden kann. Ferner ist der Abscheideraum 7 in einfacher und kostengünstiger Weise integral als Gussteil herstellbar. Die Filterstandzeit einer Feinabscheideeinrichtung 29 wird durch die verbesserte Abscheidewirkung der Vorabscheidung in der Abscheideeinrichtung 5 erhöht. Zugleich wird auch die Effizienz der Feinabscheidung gesteigert.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Abscheideeinrichtung (5) zur Abscheidung eines flüssigen Mediums aus einem Gasstrom, mit einem Abscheideraum (7), der einen Einlassbereich (9) und einen Auslassbereich (11) für den Gasstrom aufweist, wobei der Abscheideraum (7) eine Strömungsverzögerungsgeometrie (13) aufweist, die eingerichtet ist, um den Gasstrom in dem Abscheideraum (7) derart zu verzögern, dass das flüssige Medium aufgrund der Verzögerung des Gasstroms aus diesem abgeschieden wird.
2. Abscheideeinrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Strömungsverzögerungsgeometrie (13) eingerichtet ist, um die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms zumindest bereichsweise wenigstens um einen Faktor 0,7, vorzugsweise wenigstens um einen Faktor 0,5, vorzugsweise um einen Faktor kleiner als 0,5, zu verzögern.
3. Abscheideeinrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Strömungsverzögerungsgeometrie (13) eine S-förmige
Strömungsführung für den Gasstrom in dem Abscheideraum (7) aufweist.
4. Abscheideeinrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Strömungsverzögerungsgeometrie (13) ein
Strömungsverzögerungselement (15) aufweist, das eingerichtet ist, um den Gasstrom um mindestens 70° bis höchstens 100°, vorzugsweise um mindestens 75° bis höchstens 92°, vorzugsweise um 85°, umzulenken.
5. Abscheideeinrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Strömungsverzögerungselement (15) als Prallplatte oder Prallwand (17) ausgebildet ist.
6. Abscheideeinrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Strömungsverzögerungsgeometrie (13) einstückig mit dem
Abscheideraum (7) ausgebildet ist, wobei der Abscheideraum (7) bevorzugt als Gussteil ausgebildet ist.
7. Abscheideeinrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideraum (7) einen Drainageauslass (23) für abgeschiedenes, flüssiges Medium aufweist, wobei die Strömungsverzögerungsgeometrie (13) eingerichtet ist, um den von dem Einlassbereich (9) her einströmenden Gasstrom in Richtung des
Drainageauslass (23) umzulenken, insbesondere um mindestens 70° bis höchstens 100°, vorzugsweise um mindestens 75° bis höchstens 92°, vorzugsweise um 85°.
8. Kurbelgehäuse-Entlüftung (3) für eine Brennkraftmaschine (1), gekennzeichnet durch eine Abscheideeinrichtung (5) zur Abscheidung eines flüssigen Mediums aus einem Gasstrom, wobei die Abscheideeinrichtung (5) einen Abscheideraum (7) aufweist, der einen Einlassbereich (9) und einen Auslassbereich (11) für den Gasstrom aufweist, wobei der Abscheideraum (7) eine Strömungsverzögerungsgeometrie (13) aufweist, die eingerichtet ist, um den Gasstrom in dem Abscheideraum (7) derart zu verzögern, dass das flüssige Medium aufgrund der Verzögerung des Gasstroms aus diesem abgeschieden wird, wobei die Abscheideeinrichtung (5) vorzugsweise ausgebildet ist nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Kurbelgehäuse-Entlüftung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abscheideeinrichtung (5) als Vorabscheider ausgebildet ist, wobei stromabwärts der
Abscheideeinrichtung (5) eine Feinabscheideeinrichtung (29) angeordnet ist.
10. Brennkraftmaschine (1), mit einer Kurbelgehäuse- Entlüftung (3), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei die Kurbelgehäuse-Entlüftung (3) eine Abscheideeinrichtung (5) zur Abscheidung eines flüssigen Mediums aus einem Gasstrom aufweist, die einen
Abscheideraum (7) aufweist, der einen Einlassbereich (9) und einen Auslassbereich (11 ) für den Gasstrom aufweist, wobei der Abscheideraum (7) eine Strömungsverzögerungsgeometrie (13) aufweist, die eingerichtet ist, um den Gasstrom in dem Abscheideraum (7) derart zu verzögern, dass das flüssige Medium aufgrund der Verzögerung des Gasstroms aus diesem abgeschieden wird, wobei die Abscheideeinrichtung (5) bevorzugt ausgebildet ist nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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