WO2019002322A1 - Förder- und verdichterelement, hohlwelle, verbrennungsmotor und verfahren zum reinigen von blowby-gasen - Google Patents

Förder- und verdichterelement, hohlwelle, verbrennungsmotor und verfahren zum reinigen von blowby-gasen Download PDF

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conveyor
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conveying
hollow shaft
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Ulf MÜLLER
Robert Reichelt
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Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
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    • F01M2013/0422Separating oil and gas with a centrifuge device

Definitions

  • the invention relates to a conveyor and compressor element, a hollow shaft, an internal combustion engine and a method for purifying blowby gases.
  • sealing and compressing element is to be understood as meaning, but not exclusively, an element for conveying and compressing fluids, whereby the fluid is transported by means of this element in a predetermined direction and at the same time its pressure, in particular its dynamic pressure, is increased.
  • fluid refers to gases and liquids together, it being understood that liquids are nearly incompressible, especially when compared to gases.
  • blowby gases In reciprocating internal combustion engines leakage caused by the cylinder wall and cylinder or the piston rings through which parts of the combustion gas, so-called “blow-by gases” from the cylinder into the crankcase get hot and with often aggressive pollutants blowby gas in particular during the combustion cycle in Crankcase ventilation - the removal of blowby gases from the crankcase space - is done in accordance with the prior art, especially in 4-stroke internal combustion engines of motorcycles , via a pipe arranged on the housing side back into the fresh air, intake tract of the engine.
  • the vent also takes place via a hollow camshaft at one end of a housing side mounted immersion tube projects into the bore of the camshaft.
  • the raw gas which includes a mixture of the blow-by gases with oil particles originating from the crankcase, flows into this via one end of the camshaft.
  • This arrangement of the crankcase ventilation - with the use of the hollow rotating camshaft - improves the crankcase ventilation to the effect that less in the raw gas contained splash oil with in the clean gas, - Fresh air route arrives.
  • This is done by the camshaft acting as a kind of oil separator and / or additionally in the camshaft an oil separator such.
  • B a swirl generator, separator rings or the like is arranged. In this case, fluids or the oil but also solids are pressed by the rotation of the camshaft and in particular by the oil separator for the most part to the inner wall of the shaft and thus centrifuged or separated from the gas.
  • oil separators With increasing demands on the purity of the gas from the crankcase ventilation, oil separators will be used in the future, which can separate the oil in the raw gas even more efficiently and thus increase the purity of the clean gas.
  • oil separators in the camshaft as they are known from the passenger car sector, must be sealed by a dynamic seal - usually radial shaft seal - the clean gas from the raw gas range. If the seal is faulty, the oil separator is bypassed and the raw gas flows directly into the clean gas side; In addition, the efficiency of the oil separation decreases and the oil consumption increases.
  • the olefin in the camshaft with the use of the radial shaft seal for dynamic sealing the separated oil is transported on the inner circumferential surface of the camshaft by the clean gas flow in a housing-fixed component. There it can then flow down due to gravity, is optionally stored in an oil reservoir and can then flow back with the engine off in the oil pan or it flows directly within a separate oil channel, which ends below the oil level of the oil pan.
  • a disadvantage of the use of radial shaft seals for dynamic sealing is on the one hand that they generate additional frictional energy, and on the other hand, that additional space for the placement of the sealing point in both the axial and in the radial direction is required.
  • the object of the present invention is to overcome the aforementioned disadvantages of the prior art; In particular, the separation of fluid or oil and gas and the return of oil and gas is to be improved in the corresponding process cycles here.
  • the invention relates to a conveying and compressing element for use in a rotatable hollow shaft and for conveying a guided on an inner wall of the hollow shaft fluid in a conveying direction.
  • the conveying and compressor element for use in a rotatable hollow shaft and for conveying a guided on an inner wall of the hollow shaft fluid in a conveying direction.
  • Axialillon- and compressor device for the fluid with a first flow channel for a purified gas, wherein the Axialillon- and compressor device is formed radially to the first flow channel, and / or
  • a radial conveying and compressing device for the fluid with a second flow channel for a gas, the radial conveying and compacting device being formed radially around the second flow channel.
  • the conveyor and compressor element By the conveyor and compressor element, the separated from the blowby gas oil can be removed from the camshaft. At the same time, the (accumulation) pressure in the oil produced by this device / element prevents the penetration of the raw gas into the shaft, in particular via the connection point or the connection region of shaft and conveying and compressing element.
  • the advantage is the elimination of a normally arranged at the junction sealing ring, which brings both friction and space limitations with it.
  • the geometry of the conveyor and compressor element has a large cross section on the flow side at the beginning, whereby the passage cross section is reduced towards the outlet side and thus a pressure can be built up. Due to the special geometry of the conveyor and compressor element, which is arranged on an inner wall of a component and this is firmly connected to the rotating shaft, due to the rotation of the shaft, the oil separated from the oil separator against the pressure gradient of raw gas (from the cylinder crankcase) and clean gas (after the oil separator in the shaft) in the raw gas space, in particular in the cylinder crankcase promoted. At the same time, this geometry assumes a sealing effect and forces a gas, liquid flow, whereby the penetration of raw gas through the junction in the clean gas line and thus bypassing the oil separator is prevented.
  • the oil conveyor thus acts simultaneously as a pump and as a dynamic seal between the camshaft and the clean gas line, in particular the clean gas line in a housing-fixed clean gas duct.
  • the conveyor and compressor element in particular has the advantages that this allows a smaller space requirement by the dynamic sealing effect and a lower friction power to ensure the sealing effect and an associated longer life of the article.
  • the Axial boss- and compressor device and the radial conveyor and compressor device are coaxial with the first and second flow channel.
  • a uniform flow is provided in the corresponding flow channels, since the flow no or little resistance z. B. experiences by turbulence.
  • the Axial simplified- and compressor device and the radial conveyor and compressor device are preferably formed annularly about an axis of the conveyor and compressor element.
  • said devices can convey the oil guided on the inner wall of the shaft, in particular on the inner circumferential surface with a circular cross section, uniformly, independently of angle and stably.
  • the Axial theme- and compressor device has a plurality of passages whose cross-section decreases in the fluid conveying direction, in particular in the direction of the radial conveyor and compressor device. This results in addition to the delivery function at the same time a nozzle function with which increases the dynamic pressure of the pumped oil to the output of the conveyor and compressor element out.
  • the number of gears and pitch and change in cross section of the respective gears, in particular in the conveying and compressor element vary.
  • the axial conveying and compressing device are made of an axial compressor rotor which can be fastened in the hollow shaft and an axial compressor stator subsequently arranged on the axial compressor rotor, and the radial conveyor and compressor device consist of one in the hollow shaft mountable radial compressor rotor and a centrifugal compressor housing subsequently arranged on the centrifugal compressor rotor.
  • the axial compressor stator and the radial compressor housing are mounted rotatably about the shaft axis and the axial compressor stator fixed to the housing with the radial compressor housing, in particular via a positive driver of the radial compressor housing, connected.
  • the axial compressor rotor and the axial compressor stator form an aligned transition within the Axial simplified- and compressor device.
  • the flow flow is not hindered at the connection points of the two axial compressor components.
  • the axial compressor rotor and the axial compressor stator may be arranged coaxially.
  • the axial compressor stator and the radial compressor housing are stationary relative to the hollow shaft and connected to each other.
  • centrifugal compressor rotor and the centrifugal compressor housing form an annular with the Axial seemingly- and compressor means aligned fluid discharge device with a plurality of channels and the radial compressor housing a bore or second flow channel as flow forwarding of the Has gas from or from the bore or first flow channel of the Axial whatsoever- and compressor device.
  • the discharge device redirects the oil from the Axialrous- and compressor device from the hollow shaft in the crankcase.
  • the clean / gas from the oil separator, which is passed through the bore of the Axialillon- and compressor device to Radialför- and compressor device is also guided out of the shaft, in particular back into the intake manifold of the engine.
  • the housing fixed radial compressor housing forms a small gap to the shaft fixed positioned radial compressor rotor (with oil conveyor or blade ring) , This narrow gap makes it possible to prevent, at least hinder, a pressure equalization of the conveyed oil between the areas of the conveying and compressing element that are close to the outlet to the crankcase and the regions of the conveying and compressing element close to the inlet.
  • the axial compressor rotor has a blade ring arranged around the bore or first flow channel with a multiplicity of blades and the axial compressor stator has a blade ring arranged around the bore or first flow channel and having a multiplicity of guide vanes.
  • the blade ring of the axial compressor rotor essentially conveys the oil from the inner wall of the hollow shaft. In this case, the oil is given a swirling motion which is neutralized by the guide vanes of the axial compressor stator; that is, the oil flow or its flow direction is again aligned axially.
  • the centrifugal compressor rotor advantageously on its inner wall or inner lateral surface formed blade ring with a plurality of blades, wherein the blade ring through the arranged radial compressor housing to the bore or first flow channel of Axialillon- and Compressor and the second flow channel of the radial conveyor and compressor device is delimited or separated. This prevents mixing of the oil with the clean gas in the bore and forces the oil out of the shaft by the removal device.
  • a seal is formed between the Axial lavish- and compressor device and the radial conveyor and compressor device, in particular between the axial compressor stator and the radial compressor housing a 0-ring arranged. This also helps to prevent the mixing of the oil with the clean gas. Since the axial compressor stator and the radial compressor housing are preferably connected to each other fixed to the housing, the seal is protected against friction effects by a rotation and thus more durable.
  • one of the radial conveyor and compressor device in particular the radial compressor housing, downstream immersion tube with a clean gas duct for carrying out the gas is preferably arranged, which is connected to the Radialdirund compressor device and the junction, in particular by means of an O-ring sealed.
  • the dip tube is attached to a hood or housing for the / the cylinder head / heads or on the crankcase and connected to the housing fixed to the radial compressor housing.
  • the presence of oil in the upstream area of the oil feed and compressor element is not essential to build up pressure against the crankcase.
  • the oil conveyor delivery and compressor element pumps a portion of the purified gas back into the raw gas space.
  • Prerequisite for the function of the conveyor and compressor element is the rotation of the camshaft. As the speed increases, the delivery rate of the conveyor and compressor element also increases.
  • the conveying and compressing element can be designed as a conveying device for fluids, in particular as an oil conveying device for oil from a camshaft of an internal combustion engine.
  • the term "conveying device” is in particular, but not exclusively, a shaft arrangement for an oil-lubricated working machine, in particular a camshaft arrangement, which can be arranged in the shaft in the shaft at a shaft end in the shaft, wherein the oil conveying device has an oil outlet and a gas discharge channel Shaft can be configured as a hollow shaft.
  • the invention also provides a hollow shaft with at least one inlet opening for a liquid-gas mixture, a separator for separating a fluid from the liquid-gas mixture, a device for removing the fluid and a device for removing a purified gas ready.
  • a conveying and compressing element for conveying fluid and compressing a partial gas flow is arranged between the separator and the device for fluid discharge.
  • the conveying and compressing element is designed according to claim 1 or comprises a conveying and compressing element according to one of the embodiments of the invention.
  • the hollow shaft may comprise a camshaft.
  • the invention relates to an internal combustion engine with a hollow shaft according to the invention.
  • an inventive method for cleaning blow-by gas in / from an internal combustion engine in which
  • a liquid-gas mixture is introduced into a cam hollow shaft, a fluid is separated from the liquid-gas mixture by a separator and is guided together with a partial gas flow on an inner wall of the cam hollow shaft,
  • the separated fluid is conveyed together with the partial gas flow in the cam hollow shaft in a conveying direction and is discharged separately from the purified main gas flow, wherein the partial gas flow is compressed.
  • the use of the conveying and compressing element according to the invention is also in other centrifuge-like devices such. Gas centrifuges or other fluids instead of oil possible.
  • Figure 1 is an exploded view of an oil conveyor with a camshaft.
  • FIG. 2 is an exploded view of an axial conveying and compressing device of the oil conveying device of FIG. 1;
  • Fig. 3 is an exploded view of a radial conveyor and compressor device of the oil conveyor of Fig. 1;
  • Fig. 4 is a cross-sectional view through the used in the camshaft
  • a camshaft 4 which is rotatable about the axis or shaft axis 6. Furthermore, an oil delivery device 2, which is insertable into the camshaft 4, is shown.
  • the oil conveying device 2 is formed by a cylindrical axial conveying and compressing device 8 (hereinafter referred to as axial compressor) and a radial conveying and compressing device 14 (hereinafter referred to as radial compressor), which are connected via a dip tube 52 to the cylinder.
  • Linderkopfgetude 62 shown in fragmentary can be fastened.
  • the axial compressor 8 has an axial compressor rotor 22 and an axial compressor stator 24.
  • a plurality of delivery channels 12 and a bore or a first flow channel 10 of the axial compressor rotor 22 is shown.
  • the radial compressor 14 is essentially formed by a radial compressor rotor 26 and a radial compressor housing 28.
  • the radial compressor housing 28 has along its axis of rotation a bore or a second flow channel, which is explained in detail in Fig. 3.
  • 2 O-rings 50 and 54 are provided as sealing parts in the ⁇ l boss- device.
  • the oil delivery device 2 is rotatable about an axis 20 which is identical to the shaft axis 6 of the camshaft 4.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the axial compressor 8 from FIG. 1, which is formed substantially axially symmetrically with respect to the axis 20.
  • the axial compressor rotor 22 is formed by two coaxially aligned and coaxially aligned hollow cylinder or rings 58 and 60, between which the blade ring 38 is fixedly arranged with numerous blades 40.
  • the spaces between the individual blades 40 and the two rings 58 and 60 are referred to as conveying or fluid channel 56 and are separated from each other.
  • the blade ring 38 has an annular inlet cross-section 16 which is larger than the outlet cross-section (not visible) of the axial compressor rotor 22.
  • the axial compressor stator 24 is formed by two coaxially aligned hollow cylinders or rings 64 and 66, between which the blade ring 42 with numerous blades 44 is fixed.
  • the spaces between the individual blades 42 and the two rings 64 and 66 are each referred to as a guide channel 68 and are separated from each other.
  • the blade ring 38 serve with the blade ring 42 of the axially directed promotion of the oil from the camshaft.
  • the axial compressor stator 24, in particular its inner ring 64, is partially insertable and rotatably mounted in the inner ring 58 of the axial compressor rotor.
  • the inner ring 64 of the axial compressor stator 24 has recesses 70 towards its outlet side, which can be positively connected to drivers 30 of the radial compressor housing (not shown) and thus a housing-fixed connection can be produced.
  • the outer diameter of the outer ring 60 of the axial compressor rotor 22 corresponds to the inner diameter of the hollow camshaft (not shown), in particular to allow a shaft-tight connection by positive engagement. It is also conceivable that the wave- solid compound is additionally or alternatively realized by a kind tongue and groove connection. However, always make sure that no oil between the outer ring 60 and inner wall of the shaft can lick.
  • the outer diameter of the outer ring 66 is configured such that the AV stator 24 can rotate about the axis 20 in the hollow camshaft.
  • the bore 10 is separated from the channels 56 and 68 and forms a line defined by the interior of the inner rings 58 and 64 for the clean gas from an oil separator arranged upstream of the oil conveyor 2 (not shown).
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the radial compressor 14 from FIG. 1, which is designed substantially axially symmetrical with respect to the axis 20.
  • the radial compressor rotor 26 is formed by a hollow cylinder 72 and an annular disc 74 arranged on the hollow cylinder 72.
  • the inner diameter of the hollow cylinder 72 and the annular disc 74 is substantially identical or is not limited by the annular disc 74.
  • a blade ring 46 with a plurality of blade 48 is fixed.
  • the annular disk 74 of the radial compressor rotor 26 has on its flow-exit-side surface numerous groove-shaped channels 34 which extend radially from the axis 20.
  • the outer diameter of the hollow cylinder 72 corresponds, similar to the outer diameter of the outer ring 60 of the axial compressor rotor 22, the inner diameter of the hollow camshaft (not shown) to produce a shaft-tight connection by adhesion, in particular in the form of a press fit.
  • the outer diameter of the annular disc 74 is always greater than the inner diameter of the camshaft, in this case even larger than the outer diameter of the camshaft to transport the oil through the channels 34 from the shaft.
  • the radial compressor housing 28 is formed by a cylindrical housing tube 76 and an annular, the housing tube 76 arranged housing cap 78.
  • the radial compressor housing 28, in particular the housing tube 76 has a bore or a second flow channel 36 as a clean gas channel.
  • two opposing drivers 30 are formed, which (not shown) with the recesses of the axial compressor stator can produce a positive connection that is fixed to the housing.
  • the bottom of the housing cap 78 forms with its opposite top of the annular disc 74 of the centrifugal compressor rotor 26, in particular with its channels 34, a fluid discharge device 32 for the separated and funded by the axial compressor oil in the cylinder head housing.
  • the dimensions of the radial compressor rotor 26 and of the radial compressor ter-housing 28 are designed such that the radial compressor rotor 26 rotates by the rotation of the cam shaft and is not braked by the radial compressor housing 28.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of an oil delivery device 2 from FIG. 1 used in a camshaft 4. While the axial compressor rotor 22 and the centrifugal compressor rotor 26 are connected in a shaft-mounted manner to the camshaft 4 and can thus rotate, the axial compressor stator 24, the centrifugal compressor housing 28 and the dip tube 52 are connected to each other fixed to the housing via corresponding drivers and rotate with the camshaft 4 not with.
  • the dip tube 52 is fixedly inserted in the cylinder head housing 62 and provided with a sealing O-ring 80 to seal the housing 62 and any gaps between the dip tube 52 and the housing 62.
  • In the middle of the Olnchleton Published 2 of the clean gas duct which is formed by the respective bores of the components of the Oldeem heard 2.
  • the plurality of delivery channels 12 of the axial compressor and then the discharge device 32 of the centrifugal compressor for the oil are arranged.
  • the passages or channels of the two devices, ie the axial compressor and the centrifugal compressor, are aligned within the components of the oil delivery device 2 and taper to a bend of the discharge device 32.
  • the free inlet cross section per passage is larger than the outlet cross section per passage, which leads to the fact that in the outlet cross-section of the static gas pressure is lower and the dynamic gas pressure (dynamic pressure) is higher than in the inlet cross-section - the principle of operation of an axial compressor.
  • the near-edge fluid flow then impinges on a stator 24 with a vane geometry and also a decreasing flow cross-section, which directs the gas flow to the second rotor 26.
  • a prerequisite that the separated oil is forced into the cylinder piston space is that the pressure at the outlet geometry of the radial compressor of centrifugal compressor rotor 26 and radial compressor housing 28 is greater than the pressure in the raw gas space.
  • the sealing of the housing-fixed components with each other is advantageous, realized here by O-rings 50 and 54.
  • Axial compressor, AV the oil conveyor
  • RV the oil conveyor
  • Vane ring (AV stator)

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Förder- und Verdichterelement (2) zum Einsatz in einer rotierbaren Hohlwelle (4) und zum Fördern von einem an einer Innenwand der Hohlwelle (4) geführten Fluid in einer Förderrichtung. Mit dem Ziel eines geringeren Bauraumbedarfs und einer besseren Fluidförderung weist das Förder- und Verdichterelement (2) eine Axialförder- und Verdichtereinrichtung (8) für das Fluid mit einem ersten Strömungskanal (10) für ein gereinigtes Gas, wobei die Axialförder- und Verdichtereinrichtung (8) radial um den ersten Strömungskanal (10) ausgebildet ist, und/oder eine Radialförder- und Verdichtereinrichtung (14) für das Fluid mit einem zweiten Strömungskanal (36) für ein Gas, wobei die Radialförder- und Verdichtereinrichtung radial um den zweiten Strömungskanal (36) ist, auf. Des Weiteren werden eine Hohlwelle, ein Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Reinigen von Blowby-Gasen durch die Erfindung bereitgestellt.

Description

Förder- und Verdichterelement, Hohlwelle, Verbrennungsmotor und Verfahren zum Reinigen von Blowby-Gasen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Förder- und Verdichterelement, eine Hohlwelle, einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Reinigen von Blowby-Gasen.
Unter dem Begriff„Förder- und Verdichterelement" ist insbesondere, aber nicht ausschließlich ein Element zum Fördern und Verdichten von Fluiden zu verstehen. Dabei wird das Fluid mit Hilfe dieses Elements in eine vorbestimmte Richtung transportiert und gleichzeitig dessen Druck, insbesondere dessen Staudruck, erhöht. Mit dem Begriff„Fluid" werden Gase und Flüssigkeiten gemeinsam bezeichnet, wobei zu beachten ist, dass Flüssigkeiten nahezu inkompressible sind, insbesondere im Vergleich zu Gasen.
In Hubkolbenverbrennungsmotoren entstehen konstruktionsbedingt Leckagespalte zwischen Zylinderwand und Zylinder bzw. den Kolbenringen, durch die Teile des Verbrennungsgases, sogenannte„Blowby-Gase", vom Zylinder in das Kurbelgehäuse gelangen. Insbesondere während des Verbrennungstaktes gelangt heißes und mit oft aggressiven Schadstoffen verunreinigtes Blowby-Gas in das Kurbelgehäuse. Dadurch wird das Motoröl stärker belastet, und das Kurbelgehäuse muss entlüftet werden. Eine Kurbelgehäuseentlüftung - das Abführen der Blowby-Gase aus dem Kurbelgehäuse- bzw. Zylinderkopfraum - erfolgt nach dem Stand der Technik, insbesondere bei 4-Takt-Verbrennungsmotoren von Motorrädern, über eine gehäuseseitig angeordnete Rohrleitung zurück in den Frischluft-, Ansaugtrakt des Motors.
Neuerdings erfolgt die Entlüftung auch über eine hohl ausgeführte Nockenwelle an deren einem Ende ein gehäuseseitig befestigtes Tauchrohr in die Bohrung der Nockenwelle hinein ragt. Das Rohgas, welches eine Mischung der Blowby-Gase mit aus dem Kurbelgehäuse stammenden Ölpartikeln beinhaltet, strömt über ein Ende der Nockenwelle in diese hinein. Diese Anordnung der Kurbelgehäuseentlüftung - mit Nutzung der hohlen rotierenden Nockenwelle - verbessert die Kurbelgehäuseentlüftung dahingehend, dass weniger im Rohgas befindliches Spritzöl mit in die Reingas,- Frischluftstrecke gelangt. Dies erfolgt dadurch, dass die Nockenwelle als eine Art Ölabscheider fungiert und/oder zusätzlich in der Nockenwelle ein Ölabscheider wie z. B. ein Drallerzeuger, Abscheideringe oder dergleichen angeordnet ist. Dabei werden Fluide bzw. das Öl aber auch Feststoffe durch die Rotation der Nockenwelle und insbesondere durch den Ölabscheider zum größten Teil an die Innenwand der Welle gedrückt und somit vom Gas zentrifugiert bzw. getrennt.
Mit zunehmenden Anforderungen an die Reinheit des Gases aus der Kurbelgehäuseentlüftung werden zukünftig Ölabscheider zum Einsatz kommen, die das im Rohgas befindliche Öl noch effizienter separieren können und somit die Reinheit des Reingases erhöhen. Bei Anwendungen von Olabscheidern in der Nockenwelle, wie sie aus dem Pkw-Bereich bekannt sind, muss über eine dynamische Dichtung - meist Radialwellendichtring - der Reingasbereich vom Rohgasbereich abgedichtet werden. Ist die Abdichtung fehlerhaft, wird der Ölabscheider umgangen und das Rohgas strömt direkt in die Reingasseite; zusätzlich sinkt der Wirkungsgrad der Olabscheidung und der Ölverbrauch steigt.
DE 10 2013 105 521 AI beschreibt eine Wellenanordnung für eine ölgeschmierte Arbeitsmaschine. Hierbei kann die Ölabführung aus der Nockenwelle durch eine rohrinnenwandnahe gehäusefeste Geometrie - genannt Ölhobel oder Ölschaber - unterstützt werden.
Bei oben beschriebenen Anwendungen der Olabscheidung in der Nockenwelle mit Verwendung des Radialwellendichtringes zur dynamischen Abdichtung, wird das abgeschiedene Öl an der inneren Mantelfläche der Nockenwelle durch den Reingasstrom in ein gehäusefestes Bauteil transportiert. Dort kann es dann schwerkraftbedingt nach unten abfließen, wird wahlweise in einem Ölreservoir gespeichert und kann dann bei abgestelltem Motor in die Ölwanne zurück fließen oder es fließt innerhalb eines separaten Ölkanals, der unterhalb des Ölniveaus der Ölwanne endet, direkt zurück.
Nachteilig an der Verwendung von Radialwellendichtringen zur dynamischen Abdichtung ist zum einen, dass diese zusätzliche Reibungsenergie erzeugen, und zum anderen, dass zusätzlicher Bauraum für die Platzierung der Dichtstelle sowohl in axialer als auch in radialer Richtung erforderlich ist.
Ebenso besitzen bisherige Lösungen, wie im Stand der Technik beschrieben, keinen Ölabscheider in der Nockenwelle, der ein Druckgefälle zwischen Roh-, und Reingas überwindet bzw. einen Radialwellendichtring zur Abdichtung mit den o.g. Nachteilen erfordert.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die zuvor genannten Nachteile des Stands der Technik zu überwinden; insbesondere soll hierbei die Trennung von Fluid bzw. Öl und Gas und die Rückführung von Öl und Gas in die entsprechenden Prozesskreisläufe verbessert werden.
Die Erfindung betrifft ein Förder- und Verdichterelement zum Einsatz in einer rotierbaren Hohlwelle und zum Fördern von einem an einer Innenwand der Hohlwelle geführten Fluid in einer Förderrichtung. Hierzu weist das Förder- und Verdichterelement
eine Axialförder- und Verdichtereinrichtung für das Fluid mit einem ersten Strömungskanal für ein gereinigtes Gas, wobei die Axialförder- und verdichterein- richtung radial um den ersten Strömungskanal ausgebildet ist, und/oder
eine Radialförder- und Verdichtereinrichtung für das Fluid mit einem zweiten Strömungskanal für ein Gas, wobei die Radialförder- und verdichtereinrich- tung radial um den zweiten Strömungskanal ausgebildet ist, auf.
Durch das Förder- und Verdichterelement kann das aus dem Blowby-Gas abgeschiedene Öl aus der Nockenwelle abtransportiert werden. Gleichzeitig verhindert der mit dieser Vorrichtung/Element erzeugte (Stau-)Druck im Öl das Eindringen des Rohgases in die Welle, insbesondere über die Verbindungsstelle bzw. den Verbindungsbereich von Welle und Förder- und Verdichterelement. Der Vorteil ist der Entfall eines an der Verbindungsstelle normalerweise angeordneten Dichtringes, welcher sowohl Reibungs- als auch Bauraumnachteile mit sich bringt.
Die Geometrie des Förder- und Verdichterelements weist strömungsseitig am Anfang einen großen Querschnitt auf, wobei sich zur Austrittsseite hin der Gangquerschnitt verringert und somit ein Druck aufgebaut werden kann. Durch die spezielle Geometrie des Förder- und Verdichterelements, welches an einer Innenwand eines Bauteiles angeordnet ist und dieses mit der rotierenden Welle fest verbunden ist, wird aufgrund der Rotation der Welle das aus dem Ölabscheider abgeschiedene Öl entgegen des Druckgefälles von Rohgas (aus dem Zylinderkurbelgehäuse) und Reingas (nach dem Ölabscheider in der Welle) in den Rohgasraum, insbesondere in das Zylinderkurbelgehäuse, gefördert. Gleichzeitig übernimmt diese Geometrie eine Dichtwirkung und erzwingt eine Gas-, Flüssigkeitss- trömung, wodurch das Eindringen von Rohgas durch die Verbindungsstelle in die Reingasstrecke und somit das Umgehen des Ölabscheiders verhindert wird. Die Ölfördereinrichtung fungiert also gleichzeitig als Pumpe und als dynamische Dichtung zwischen der Nockenwelle und der Reingasstrecke, insbesondere der Reingasstrecke in einem gehäusefesten Reingaskanal.
Somit hat das Förder- und Verdichterelement insbesondere die Vorteile, dass dieses einen geringeren Bauraumbedarf durch die dynamische Dichtungswirkung sowie eine geringere Reibleistung zur Gewährleistung der Dichtwirkung und eine damit verbundene längere Lebenszeit des Gegenstands ermöglicht.
Vorzugsweise sind die Axialförder- und Verdichtereinrichtung und die Radialförder- und Verdichtereinrichtung koaxial zum ersten bzw. zweiten Strömungskanal. Dadurch wird eine gleichmäßige Strömung in den entsprechenden Strömungskanälen bereitgestellt, da die Strömung keinen oder kaum Widerstand z. B. durch Verwirbelungen erfährt.
Des Weiteren sind die Axialförder- und Verdichtereinrichtung und die Radialförder- und Verdichtereinrichtung vorzugsweise ringförmig um eine Achse des Förder- und Verdichterelements ausgebildet. Dadurch können die genannten Einrichtungen das an der Innenwand der Welle, insbesondere an der Innenmantelfläche mit einem kreisförmigen Querschnitt, geführte Öl gleichmäßig, winkelunabhängig und stabil fördern.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Axialförder- und Verdichtereinrichtung eine Vielzahl von Gängen aufweist, deren Querschnitt sich in Fluidförderrichtung, insbesondere in Richtung der Radialförder- und Verdichtereinrichtung, verkleinert. Dadurch erhält man neben der Förderfunktion gleichzeitig eine Düsenfunktion, mit der der dynamische Druck des geförderten Öls zum Ausgang des Förder- und Verdichterelements hin steigt. Hierbei kann insbesondere die Anzahl von Gängen sowie Steigung und Querschnittsänderung der jeweiligen Gänge, insbesondere in dem Förder- und Verdichterelement, variieren.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Axialförder- und verdichterein- richtung aus einem in der Hohlwelle befestigbaren Axialverdichter-Rotor und einem an dem Axialverdichter-Rotor nachfolgend angeordneten Axialverdichter-Stator und die Radialförder- und Verdichtereinrichtung aus einem in der Hohlwelle befestigbaren Radialverdichter-Rotor und einem an dem Radialverdichter-Rotor nachfolgend angeordneten Radialverdichter-Gehäuse gebildet. Hierbei sind der Axialverdichter-Stator und das Radialverdichter-Gehäuse um die Wellenachse rotierbar gelagert und der Axialverdichter-Stator gehäusefest mit dem Radialverdichter-Gehäuse, insbesondere über einen formschlüssigen Mitnehmer des Radialverdichter-Gehäuses, verbunden.
Vorzugsweise bilden der Axialverdichter-Rotor und der Axialverdichter-Stator einen fluchtenden Übergang innerhalb der Axialförder- und Verdichtereinrichtung. Dadurch wird der Strömungsfluss nicht an den Verbindungspunkten der beiden Axialverdichter-Bauteile behindert. Zusätzlich oder alternativ können der Axialverdichter-Rotor und der Axialverdichter-Stator koaxial angeordnet sein.
Vorteilhafterweise sind der Axialverdichter-Stator und das Radialverdichter-Gehäuse ortsfest bezogen auf die Hohlwelle angeordnet und miteinander verbunden.
Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Radialverdichter-Rotor und das Radialverdichter -Gehäuse eine ringförmige mit der Axialförder- und Verdichtereinrichtung fluchtende Fluid-Abführeinrichtung mit einer Vielzahl von Kanälen bilden und das Radialverdichter-Gehäuse eine Bohrung bzw. zweiten Strömungskanal als Strömungsweiterleitung des Gases von bzw. aus der Bohrung bzw. ersten Strömungskanal der Axialförder- und Verdichtereinrichtung aufweist. Die Abführeinrichtung leitet das Öl von der Axialförder- und Verdichtereinrichtung aus der Hohlwelle in das Kurbelgehäuse zurück. Das Rein-/Gas vom Ölabscheider, das durch die Bohrung der Axialförder- und Verdichtereinrichtung zur Radialför- der- und Verdichtereinrichtung geleitet wird, wird ebenfalls aus der Welle geführt, insbesondere zurück in den Ansaugtrakt des Motors. Zur Umsetzung einer guten Funktionalität das Förder- und Verdichterelement bzw. der Radialförder- und ver- dichtereinrichtung und dessen Dichtwirkung ist es vorteilhaft, dass das gehäusefeste Radialverdichter-Gehäuse einen kleinen Spalt zu dem wellenfest positionierten Radialverdichter-Rotor (mit Ölfördereinrichtung bzw. Schaufelkranz) formt. Dieser enge Spalt erlaubt es, einen Druckausgleich des geförderten Öls zwischen den austrittsnahen Bereichen des Förder- und Verdichterelements zum Kurbelgehäuse und den eintrittsnahen Bereichen des Förder- und Verdichterelements in der Welle zu unterbinden, zumindest zu behindern. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen der Axialverdichter-Rotor einen um die Bohrung bzw. ersten Strömungskanal angeordneten Schaufelkranz mit einer Vielzahl von Schaufeln und der Axialverdichter-Stator einen um die Bohrung bzw. ersten Strömungskanal angeordneten Schaufelkranz mit einer Vielzahl von Leitschaufeln auf. Der Schaufelkranz des Axialverdichter-Rotors fördert im Wesentlichen das Öl von der Innenwand der Hohlwelle. Dabei wird dem Öl eine Drallbewegung mitgegeben, die durch die Leitschaufeln des Axialverdichter-Stators neutralisiert wird; das heißt, dass die Ölströmung bzw. dessen Strömungsrichtung wieder axial ausgerichtet wird.
Für die radiale Führung des Öls aus der Hohlwelle weist der Radialverdichter-Rotor vorteilhafterweise einen an seiner Innenwand bzw. Innenmantelfläche ausgebildeten Schaufelkranz mit einer Vielzahl von Schaufeln auf, wobei der Schaufelkranz durch das angeordnete Radialverdichter-Gehäuse zur Bohrung bzw. ersten Strömungskanal der Axialförder- und Verdichtereinrichtung und zum zweiten Strömungskanal der Radialförder- und Verdichtereinrichtung abgegrenzt bzw. abgetrennt ist. Dadurch wird eine Vermischung des Öls mit dem Reingas in der Bohrung verhindert und das Öl durch die Abführeinrichtung aus der Welle gedrückt.
Vorteilhafterweise ist zwischen der Axialförder- und Verdichtereinrichtung und der Radialförder- und Verdichtereinrichtung eine Abdichtung ausgebildet, insbesondere zwischen dem Axialverdichter-Stator und dem Radialverdichter-Gehäuse ein 0- Ring angeordnet. Dies hilft zusätzlich, die Vermischung des Öls mit dem Reingas zu unterbinden. Da der Axialverdichter-Stator und das Radialverdichter-Gehäuse vorzugsweise gehäusefest miteinander verbunden sind, ist die Abdichtung vor Reibungseffekten durch eine Rotation geschützt und somit langlebiger.
Des Weiteren ist ein der Radialförder- und Verdichtereinrichtung, insbesondere dem Radialverdichter-Gehäuse, nachfolgendes Tauchrohr mit einem Reingaskanal zum Durchführen des Gases vorzugsweise angeordnet, der mit der Radialförderund Verdichtereinrichtung verbunden und die Verbindungsstelle, insbesondere mittels eines O-Rings, abgedichtet ist. Insbesondere ist das Tauchrohr an einer Haube bzw. Gehäuse für den/die Zylinderkopf/-köpfe bzw. an dem Kurbelgehäuse befestigt und gehäusefest mit dem Radialverdichter-Gehäuse verbunden. Dadurch wird ein Mitrotieren des Radialverdichter-Gehäuses und des Axialverdichter-Stators aufgrund der Bewegungsträgheit mit der Hohlrelle unterbunden. Gleichzeitig wird das Reingas aus der Hohlwelle und weiter aus dem Gehäuse geführt und kann dem Ansaugtrakt des Motors zugeführt werden.
Für die Sicherstellung der Dichtwirkung ist das Vorhandensein von Öl im eintritts- seitigen Bereich des Förder- und Verdichterelement Ölfördereinrichtungnicht zwingend erforderlich, um einen Druck gegenüber dem Kurbelgehäuse aufzubauen. Wenn kein Öl vorhanden ist, pumpt das Förder- und Verdichterelement Ölför- dereinrichtungeinen Teil des gereinigten Gases wieder zurück in den Rohgasraum. Voraussetzung für die Funktion des Förder- und Verdichterelements ist die Drehung der Nockenwelle. Mit zunehmender Drehzahl steigt auch die Förderleistung des Förder- und Verdichterelements.
Vorzugsweise kann das Förder- und Verdichterelement als Fördereinrichtung für Fluide, insbesondere als eine Ölfördereinrichtung für Öl aus einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors ausgebildet sein. Unter dem Begriff„Fördereinrichtung" ist insbesondere, aber nicht ausschließlich eine Wellenanordnung für eine ölgeschmierte Arbeitsmaschine, insbesondere eine Nockenwellenanordnung, die in Wellenlängsrichtung an einem Wellenende in der Welle anordbar bzw. einsetzbar ist. Hierbei weist die Ölfördereinrichtung einen Ölablauf und einen Gasabführkanal auf und die Welle kann als Hohlwelle ausgestaltet sein.
Die Erfindung stellt ebenfalls eine Hohlwelle mit wenigstens einer Eintrittsöffnung für ein Flüssigkeits-Gasgemisch, einem Abscheider zur Abtrennung eines Fluids aus dem Flüssigkeits-Gasgemisch, einer Einrichtung zur Abfuhr des Fluids und einer Einrichtung zur Abfuhr eines gereinigten Gases bereit. Hierbei ist erfindungsgemäß ein Förder- und Verdichterelement zur Fluidförderung und Verdichtung eines Teilgasstromes zwischen dem Abscheider und der Einrichtung zur Flui- dabfuhr angeordnet.
Vorzugsweise ist das Förder- und Verdichterelement nach Anspruch 1 ausgebildet oder umfasst ein Förder- und Verdichterelement gemäß einer der erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Des Weiteren kann die Hohlwelle eine Nockenwelle umfassen.
Zusätzlich betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Hohlwelle. Es wird ebenfalls ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Reinigen von Blowby-Ga- sen in/aus einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, bei dem
ein Flüssigkeits-Gasgemisch in eine Nockenhohlwelle eingeleitet wird, ein Fluid aus dem Flüssigkeits-Gasgemisch durch einen Abscheider abgetrennt und zusammen mit einem Teilgasstrom an einer Innenwand der Nockenhohlwelle geführt wird,
ein gereinigter Hauptgasstrom aus der Nockenhohlwelle abgeführt wird und
das abgetrennte Fluid zusammen mit dem Teilgasstrom in der Nockenhohlwelle in einer Förderrichtung gefördert und gesondert vom gereinigten Hauptgasstrom abgeführt wird, wobei der Teilgasstrom verdichtet wird.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Förder- und Verdichterelements ist auch bei anderen zentrifugenartigen Vorrichtungen wie z.B. Gaszentrifugen oder für andere Fluide anstelle von Öl möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten näher erläutert, in das erfindungsgemäße Förder- und Verdichterelement als Ölfördereinrichtung ausgebildet ist.
In diesen zeigen :
Fig. 1 eine Explosionsansicht einer Ölfördereinrichtung mit einer Nockenwelle;
Fig. 2 eine Explosionsansicht einer Axialförder- und Verdichtereinrichtung der Ölfördereinrichtung aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Explosionsansicht einer Radialförder- und Verdichtereinrichtung der Ölfördereinrichtung aus Fig. 1; und
Fig. 4 eine Querschnittsansicht durch die in der Nockenwelle eingesetzte
Ölfördereinrichtung aus Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Nockenwelle 4 dargestellt, die um die Achse bzw. Wellenachse 6 drehbar ist. Des Weiteren wird eine Ölfördereinrichtung2 gezeigt, die in die Nockenwelle 4 einsetzbar ist. Die Ölfördereinrichtung2 wird durch eine zylinderförmige Axialförder- und Verdichtereinrichtung 8 (im Folgenden als Axialverdichter bezeichnet) und eine Radialförder- und Verdichtereinrichtung 14 (im Folgenden als Radialverdichter bezeichnet) gebildet, die über ein Tauchrohr 52 mit dem Zy- linderkopfgehäuse 62 (ausschnittsweise dargestellt) befestigbar ist. Der Axialverdichter 8 weist einen Axialverdichter-Rotor 22 und einen Axialverdichter-Stator 24 auf. Unter anderem wird eine Vielzahl von Förderkanälen 12 und eine Bohrung bzw. ein erster Strömungskanal 10 des Axialverdichter-Rotors 22 gezeigt. Der Radialverdichter 14 wird im Wesentlichen durch einen Radialverdichter-Rotor 26 und ein Radialverdichter-Gehäuse 28 gebildet. Das Radialverdichter-Gehäuse 28 weist entlang seiner Rotationsachse eine Bohrung bzw. einen zweiten Strömungskanal auf, der im Detail in Fig. 3 erläutert wird. Zusätzlich sind bei der Ölförder- einrichtung 2 O-Ringe 50 und 54 als Abdichtungsteile vorgesehen. Die Ölförder- einrichtung 2 ist um eine Achse 20 drehbar, die identisch zu der Wellenachse 6 der Nockenwelle 4 ist.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Axialverdichters 8 aus Fig. 1, der im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Achse 20 ausgebildet ist. Der Axialverdichter-Rotor 22 wird durch zwei ineinander angeordnete und koaxial ausgerichtete Hohlzylinder bzw. Ringe 58 und 60 gebildet, zwischen denen der Schaufelkranz 38 mit zahlreichen Schaufeln 40 fest angeordnet ist. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Schaufeln 40 und den beiden Ringen 58 und 60 werden jeweils als Förder- oder Fluidkanal 56 bezeichnet und sind voneinander getrennt. Der Schaufelkranz 38 weist einen ringförmigen Eintrittsquerschnitt 16 auf, der gegenüber dem Austrittsquerschnitt (nicht sichtbar) des Axialverdichter-Rotors 22 größer ist. Der Axialverdichter-Stator 24 wird durch zwei ineinander angeordnete und koaxial ausgerichtete Hohlzylinder bzw. Ringe 64 und 66 gebildet, zwischen denen der Schaufelkranz 42 mit zahlreichen Schaufeln 44 fest angeordnet ist. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Schaufeln 42 und den beiden Ringen 64 und 66 werden jeweils als Leitkanal 68 bezeichnet und sind voneinander getrennt. Der Schaufelkranz 38 dienen mit dem Schaufelkranz 42 der axial gerichteten Förderung des Öls aus der Nockenwelle. Der Axialverdichter-Stator 24, insbesondere dessen Innenring 64, ist teilweise in den Innenring 58 des Axialverdichter-Rotors einsetzbar und drehbar gelagert. Des Weiteren hat der Innenring 64 des Axialverdichter-Stators 24 zu seiner Austrittsseite hin Aussparungen 70, die formschlüssig mit Mitnehmern 30 des Radialverdichter-Gehäuses (nicht dargestellt) verbindbar sind und so eine gehäusefeste Verbindung herstellbar ist. Der Außendurchmesser des Außenrings 60 des Axialverdichter-Rotors 22 entspricht dem Innendurchmesser der hohlen Nockenwelle (nicht dargestellt), insbesondere um eine wellenfeste Verbindung durch Formschluss zu ermöglichen. Denkbar ist auch, dass die wellen- feste Verbindung zusätzlich oder alternativ durch eine Art Nut-Feder-Verbindung realisiert wird. Allerdings ist immer darauf zu achten, dass kein Öl zwischen Außenring 60 und Innenwand der Welle durchlecken kann. Der Außendurchmesser des Außenrings 66 ist derart gestaltet, dass der AV-Stator 24 in der hohlen Nockenwelle um die Achse 20 rotieren kann. Die Bohrung 10 ist von den Kanälen 56 und 68 getrennt und bildet eine durch den Innenraum der Innenringe 58 und 64 definierte Leitung für das Reingas aus einem der Ölfördereinrichtung2 vorausangeordnetem Ölabscheider (nicht dargestellt).
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Radialverdichters 14 aus Fig. 1, der im Wesentlichen achsensymmetrisch zur Achse 20 ausgebildet ist. Der Radialverdichter-Rotor 26 wird durch einen Hohlzylinder 72 und einer auf dem Hohlzylinder 72 angeordneten Ringscheibe 74 gebildet. Der Innendurchmesser des Hohlzylinders 72 und der Ringscheibe 74 ist im Wesentlichen identisch bzw. wird nicht durch die Ringscheibe 74 eingeschränkt. In dem Hohlzylinder 72 ist ein Schaufelkranz 46 mit einer Vielzahl von Schaufel 48 fest ausgebildet. Die Ringscheibe 74 des Radialverdichter-Rotors 26 weist auf seiner strömungsaustrittsseitigen Oberfläche zahlreiche nutförmige Kanäle 34 auf, die sich radial von der Achse 20 erstrecken. Der Außendurchmesser des Hohlzylinders 72 entspricht, ähnlichem dem Außendurchmesser des Außenrings 60 des Axialverdichter-Rotors 22, dem Innendurchmesser der hohlen Nockenwelle (nicht dargestellt), um eine wellenfeste Verbindung durch Kraftschluss, insbesondere in Form eines Presssitzes, herzustellen. Der Außendurchmesser der Ringscheibe 74 ist stets größer als der Innendurchmesser der Nockenwelle, in diesem Fall sogar größer als der Außendurchmesser der Nockenwelle, um das Öl durch die Kanäle 34 aus der Welle zu transportieren. Das Radialverdichter-Gehäuse 28 wird durch ein zylinderförmiges Gehäuserohr 76 und eine ringförmige, dem Gehäuserohr 76 angeordnete Gehäusekappe 78 gebildet. Das Radialverdichter-Gehäuse 28, insbesondere das Gehäuserohr 76, weist eine Bohrung bzw. einen zweiten Strömungskanal 36 als Reingaskanal auf. An der Unterseite bzw. der Strömungseintrittsseite des Gehäuserohrs 76 sind zwei sich gegenüberliegende Mitnehmer 30 ausgeformt, die mit den Aussparungen des Axialverdichter-Stators (nicht dargestellt) eine gehäusefeste Formschlussverbindung herstellen können. Die Unterseite der Gehäusekappe 78 bildet mit der ihr gegenüberliegenden Oberseite der Ringscheibe 74 des Radialverdichter-Rotors 26, insbesondere mit dessen Kanälen 34, eine Fluid-Abführeinrichtung 32 für das abgeschiedene und durch den Axialverdichter geförderte Öl in das Zylinderkopfgehäuse. Die Dimensionierungen des Radialverdichter-Rotors 26 und des Radialverdich- ter-Gehäuses 28 sind derart gestaltet, dass der Radialverdichter-Rotor 26 durch die Rotation der Nockenwelle mitrotiert und nicht durch das Radialverdichter-Gehäuse 28 gebremst wird. Andererseits sollte darauf geachtet werden, dass kein zu großer Abstand zwischen den beiden Bauteile 26 und 28 existiert, damit die Radialverdichter- sowie die Fluidabführfunktion durch die Schaufeln 48 und die Kanäle 34 stets ausführbar sind. An der oberseitigen Außenkante der Gehäusekappe 78 sind vier sich gegenüberliegende Ausnehmungen 82 als zusätzliche Ausgangsöffnungen für die Abführeinrichtung 32 ausgebildet. An der Innenseite der Gehäusekappe 78 ist unterhalb der Ausnehmungen 82 jeweils ein/e Rastnase/-haken 84 ausgeformt, um einen eingesetzten Radialverdichter-Rotor 26, insbesondere dessen Ringscheibe 74, in der Gehäusekappe 78 zu arretieren und an einem Abnehmen zu hindern. Zur Abdichtung ist ein O-Ring 50 um die Außenseite des Gehäuserohrs 76 anordenbar.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer in einer Nockenwelle 4 eingesetzten Olfördereinrichtung 2 aus Fig. 1. Während der Axialverdichter-Rotor 22 und der Radialverdichter-Rotor 26 wellenfest mit der Nockenwelle 4 verbunden sind und somit mitrotieren können, sind der Axialverdichter-Stator 24, das Radialverdichter-Gehäuse 28 und das Tauchrohr 52 jeweils gehäusefest über entsprechende Mitnehmer miteinander verbunden und rotieren mit der Nockenwelle 4 nicht mit. Das Tauchrohr 52 ist in dem Zylinderkopfgehäuse 62 fest eingesetzt und mit einem Dichtungs-O-Ring 80 versehen, um das Gehäuse 62 und etwaige Spalten zwischen Tauchrohr 52 und Gehäuse 62 abzudichten. In der Mitte der Olfördereinrichtung 2 verläuft der Reingaskanal, der durch die jeweiligen Bohrungen der Bestandteile der Olfördereinrichtung 2 gebildet wird. Ringförmig um den Reingaskanal sind die Vielzahl von Förderkanäle 12 des Axialverdichters und daran anschließend die Abführeinrichtung 32 des Radialverdichters für das Öl angeordnet. Die Gänge bzw. Kanäle der beiden Einrichtungen, d.h. des Axialverdichters und des Radialverdichters, fluchten innerhalb der Bestandteile der Olfördereinrichtung 2 und verjüngen sich bis zu einer Biegung der Abführeinrichtung 32. Dabei ist der freie Eintrittsquerschnitt pro Gang größer dimensioniert als der Austrittsquerschnitt pro Gang, was dazu führt, dass im Austrittsquerschnitt der statische Gasdruck geringer und der dynamische Gasdruck (Staudruck) höher ist, als im Eintrittsquerschnitt - das Wirkungsprinzip eines Axialverdichters. Der randnahe Fluidstrom trifft dann auf einen Stator 24 mit einer Leitschaufelgeometrie und ebenfalls abnehmendem Strömungsquerschnitt, welcher die Gasströmung zum zweiten Rotor 26 lenkt. Vorrausetzung, dass das abgeschiedene Öl in den Zylinderkolbenraum gedrückt wird, ist, dass der Druck an der Austrittsgeometrie des Radialverdichters aus Radialverdichter-Rotor 26 und Radialverdichter-Gehäuse 28 größer ist, als der Druck im Rohgas-Raum. Um zu vermeiden, dass das Gas zwischen den Verdichterstufen den Weg zum Reingasaustritt— zentrisch— nimmt und ggf. noch Öl mitreißt, ist die Abdichtung der gehäusefesten Bauteile untereinander von Vorteil, hier durch O-Ringe 50 und 54 realisiert.
Bezuqszeichen
Ölfördereinrichtung
Welle/Nockenwelle
Wellenachse
Axialverdichter, AV (der Ölfördereinrichtung)
Bohrung (des AV)/ 1. Strömungskanal
Förderkanal (des AV)
Radialverdichter, RV (der Ölfördereinrichtung)
Eintrittsquerschnitt (der Fördereinrichtung)
Austrittsquerschnitt (der Fördereinrichtung)
Achse (der Ölfördereinrichtung)
AV- Rotor
AV-Stator
RV-Rotor
RV-Gehäuse
Mitnehmer
Fluid-Abführeinrichtung
Kanal (der Abführeinrichtung)
Bohrung (des RV-Gehäuses)/ 2. Strömungskanal Schaufelkranz (des AV-Rotors)
Schaufel (des AV-Rotors)
(Leit-) Schaufelkranz (des AV-Stators)
(Leit-) Schaufel (des AV-Stators)
Schaufelkranz (des RV-Rotors)
Schaufel (des RV-Rotors)
O-Ring
Tauchrohr mit Reingaskanal
O-Ring
(Fluid)Kanal (der Fördereinrichtung bzw. des AV-Rotors) Innenring (des AV-Rotors)
Außenring (des AV-Rotors)
Zylinderkopfgehäuse
Innenring (des AV-Stators)
Außenring (des AV-Stators)
Leitkanal (der Fördereinrichtung bzw. des AV-Stators) Aussparung (für Mitnehmer des RV-Gehäuses)
Hohlzylinder (des RV-Rotors) Ringscheibe (des RV-Rotors) Gehäuserohr (des RV-Gehäuses) Gehäusekappe (des RV-Gehäuses) O-Ring (des Tauchrohrs)
Ausnehmung (der Gehäusekappe) Rastnasen (der Gehäusekappe)

Claims

Ansprüche
1. Förder- und Verdichterelement (2) zum Einsatz in einer rotierbaren
Hohlwelle (4) und zum Fördern von einem an einer Innenwand der Hohlwelle (4) geführten Fluid in einer Förderrichtung aufweisend
- eine Axialförder- und Verdichtereinrichtung (8) für das Fluid mit einem ersten Strömungskanal (10) für ein gereinigtes Gas, wobei die Axialförder- und Verdichtereinrichtung (8) radial um den ersten Strömungskanal (10) ausgebildet ist, und/oder
- eine Radialförder- und Verdichtereinrichtung (14) für das Fluid mit einem zweiten Strömungskanal (36) für ein Gas, wobei die Radialförder- und Verdichtereinrichtung radial um den zweiten Strömungskanal (36) ausgebildet ist.
2. Förder- und Verdichterelement (2) nach Anspruch 1
dad u rch geken nzeich net, dass
die Axialförder- und Verdichtereinrichtung (8) und die Radialförder- und Verdichtereinrichtung (14) koaxial zum ersten bzw. zweiten
Strömungskanal (10, 36) sind.
3. Förder- und Verdichterelement (2) nach Anspruch 1 oder 2
dad u rch geken nzeich net, dass
die Axialförder- und Verdichtereinrichtung (8) eine Vielzahl von Gängen (56, 68) aufweist, deren Querschnitte sich in Förderrichtung,
insbesondere in Richtung der Radialförder- und Verdichtereinrichtung (14), verkleinern.
4. Förder- und Verdichterelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dad u rch geken nzeich net, dass
die Axialförder- und Verdichtereinrichtung (8) einen in der Hohlwelle (4) zu befestigenden Axialverdichter-Rotor (22) und einen dem
Axialverdichter-Rotor (22) in Förderrichtung nachgeordneten
Axialverdichter-Stator (24) aufweist.
5. Förder- und Verdichterelement (2) nach Anspruch 4
dad u rch geken nzeich net, dass
der Axialverdichter-Rotor (22) und der Axialverdichter-Stator (24) koaxial angeordnet sind.
6. Förder- und Verdichterelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dad u rch geken nzeich net, dass
die Radialförder- und Verdichtereinrichtung (14) einen zumindest abschnittsweise in der Hohlwelle (4) zu befestigenden Radialverdichter- Rotor (26) und ein dem Radialverdichter-Rotor (26) in Förderrichtung nachgeordnetes Radialverdichter-Gehäuse (28) aufweist.
7. Förder- und Verdichterelement (2) nach Anspruch 6
dad u rch geken nzeich net, dass
der Axialverdichter-Stator (24) und das Radialverdichter-Gehäuse (28) ortsfest bezogen auf die Hohlwelle (4) angeordnet und miteinander verbunden sind.
8. Förder- und Verdichterelement (2) nach Anspruch 6 oder 7
dad u rch geken nzeich net, dass
der Radialverdichter-Rotor (26) und das Radialverdichter-Gehäuse (28) eine ringförmige Fluid-Abführeinrichtung (32) mit einer Vielzahl von Kanälen (34) zur Abfuhr des Fluids bilden, wobei die Fluid- Abführeinrichtung (32) mit der Axialförder- und Verdichtereinrichtung (8), insbesondere mit dessen Kanälen (56, 68), fluidverbunden ist.
9. Förder- und Verdichterelement (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 8
dad u rch geken nzeich net, dass
der Axialverdichter-Rotor (22) einen um den ersten Strömungskanal (10) angeordneten ersten Axialverdichter-Schaufelkranz (38) mit einer Vielzahl von ersten Schaufeln (40) und der Axialverdichter-Stator (24) einen um den ersten Strömungskanal (10) angeordneten zweiten Axialverdichter- Schaufelkranz (42) mit einer Vielzahl von zweiten Schaufeln (44) aufweist.
10. Förder- und Verdichterelement (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9
dad u rch geken nzeich net, dass
der Radialverdichter-Rotor (26) einen an seiner Innenwand ausgebildeten Radialverdichter-Schaufelkranz (46) mit einer Vielzahl von dritten
Schaufeln (48) aufweist, wobei der Radialverdichter-Schaufelkranz (46) durch das Radialverdichter-Gehäuse (28) vom ersten und zweiten
Strömungskanal (10, 36) getrennt ist.
11. Förder- und Verdichterelement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche dad u rch geken nzeich net, dass
zwischen der Axialförder- und Verdichtereinrichtung (8) und der
Radialförder- und Verdichtereinrichtung (14) eine Abdichtung ausgebildet ist, insbesondere zwischen dem Axialverdichter-Stator (24) und dem Radialverdichter-Gehäuse (28) ein O-Ring (50) angeordnet ist.
12. Förder- und Verdichterelement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche dad u rch geken nzeich net, dass
ein Tauchrohr (52) mit einem Reingaskanal zum Abführen des gereinigten Gases der Radialförder- und Verdichtereinrichtung (14), insbesondere dem Radialverdichter-Gehäuse (28) in Strömungsrichtung nachgeordnet ist.
13. Hohlwelle (4) mit wenigstens einer Eintrittsöffnung für ein Flüssigkeits- Gasgemisch, einem Abscheider zur Abtrennung eines Fluids aus dem Flüssigkeits-Gasgemisch, einer Einrichtung zur Abfuhr des Fluids und einer Einrichtung zur Abfuhr eines gereinigten Gases
dad u rch geken nzeich net, dass
ein Förder- und Verdichterelement (2) zur Fluidförderung und Verdichtung eines Teilgasstromes zwischen dem Abscheider und der Einrichtung zur Fluidabfuhr angeordnet ist.
14. Hohlwelle nach Anspruch 13
dad u rch geken nzeich net, dass
das Förder- und Verdichterelement (2) ein Förder- und Verdichterelement (2) nach Anspruch 1 umfasst.
15. Hohlwelle nach Anspruch 13 oder 14
dad u rch geken nzeich net, dass
die Hohlwelle (4) eine Nockenwelle umfasst.
16. Verbrennungsmotor mit einer Hohlwelle (4) nach einem der Ansprüche 13 bis 15.
17. Verfahren zum Reinigen von Blowby-Gasen in/aus einem
Verbrennungsmotor, bei dem - ein Flüssigkeits-Gasgemisch in eine Nockenhohlwelle eingeleitet wird,
- ein Fluid aus dem Flüssigkeits-Gasgemisch durch einen Abscheider abgetrennt und zusammen mit einem Teilgasstrom an einer Innenwand der Nockenhohlwelle geführt wird,
- ein gereinigter Hauptgasstrom aus der Nockenhohlwelle abgeführt wird und
- das abgetrennte Fluid zusammen mit dem Teilgasstrom in der Nockenhohlwelle in einer Förderrichtung gefördert und gesondert vom gereinigten Hauptgasstrom abgeführt wird, wobei der Teilgasstrom verdichtet wird.
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