CN104727900B - 用于净化排气气体的油分离器以及配备有这种油分离器的内燃机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于净化排气气体的油分离器以及配备有这种油分离器的内燃机。为了将排气气体(2)有效地从夹带的油残余物中分开，将排气气体(2)转向到快速旋转的盘状的油分离元件(3)上。于是，附着在此的油在离心力的影响下在沿径向包围油分离元件(3)的反射壁(4)处被分离且从此处到达到油出口(5)中。为此，在伴随着内燃机的低的转速范围的第一运行范围中，油分离元件(3)仅通过输送的排气气体(2)驱动。在更高的转速的第二运行范围中，附加地从形成润滑剂回路的流体回路(11)中通过以下方式分出子流(15)，即，在高于限定的流体压力时打开在支路(16)中的阀(17)。因此，流体碰到另一驱动元件(18)，其与油分离元件(3)借助于轴(7)相连接。
Description
技术领域
本发明涉及用于净化包含作为浮质的油雾的排气气体的油分离器，带有用于排气气体的入口、用于已净化的气体的出口以及油出口，其中，油分离器配备有至少一个可旋转运动地驱动的油分离元件，其可通过作用到驱动元件上的流体压力置于旋转中。此外，本发明涉及配备有这种油分离器的内燃机。
背景技术
用于内燃机的曲轴箱排气的这种油分离器典型地布置在静止的壳体中且具有可围绕转子轴线转动驱动的转子。转子具有与转子轴线同心地、彼此平行地间隔开地布置的多个盘片，其形成油分离元件。在转子的周围与壳体的包围转子的周向壁之间围成环形空间。
用于净化所谓的吹出气体(其从活塞式内燃机的曲轴箱中引出且在净化之后导入到内燃机的吸入部分中)的此类油分离器以所谓的盘式分离器的形式已知。
在这种油分离器中，盘片具有截锥状或锥状的盘状件的形状，其朝转子轴线的方向上如此相继，即，盘状件的凹形的侧部相应面向相邻的盘状件的凸状的侧部。
在这种盘式分离器中，在盘状件之间得到间隙或缝隙，其由待净化的气体在径向方向上从内向外流经。在设计为盘式分离器的油分离器的运行期间，流经在盘状件之间的间隙的气体通过旋转的盘状件加速，由此使由气体夹带的液体小滴由于作用到其上的离心力同样在径向方向上加速且由此大多数碰到截锥状的盘状件的凹形的侧部上。使由此在盘状件处分离的油通过旋转的盘状件在盘状件的***处离心分离且到达到在转子与包围其的壳体周向壁之间的环形空间中且然后到达到油出口中。
即使如此净化的气体并未引出到周围环境中，而是输送给内燃机的吸入部分，仍然需避免油值得注意地送进到吸入部分中，因为否则提高排气排放物以及可能在涡轮增压器和增压空气冷却器以及内燃机的入口阀处形成沉积物，并且由于变化的燃烧特性，位于马达的排气系中的颗粒过滤器的功能变差。
文献DE 35 41 204 A1涉及用于内燃机的曲轴箱排气的油分离器。离心叶轮由排气流驱动，因此不需要自己的驱动器。离心叶轮可由非常轻的材料构成且如此构造，即，其可达到相对很高的转速，其中，转速和因此油分离效果直接与排气流的大小相关。为此，离心叶轮在油收集壳体中布置在用于混有油的排气流的进入开口之上。
文献DE 44 44 344 C1涉及自由射流离心器，其用于从液体－固体混合物中分离出固体，尤其分离出内燃机的润滑油，带有可转动地支承的转子、在转子的下侧处的驱动喷嘴。包围转子的壳体在下部的部分中构造为液体收集室。转子在其***处或在其上侧处设有至少一个压缩机叶片，可借助于其在离心器运行期间在转子转动时在转子之下的液体收集室中产生空气或气体过压。
文献DE 10 2006 029 403 A1涉及用于内燃机的吹出气体的液压驱动的离心式油分离器，其具有转子，转子与液压的驱动元件相联结。驱动元件可利用来自从内燃机的流体回路分出的流体管路的流体加载，在流体回路中集成有控制阀以用于影响液压的驱动元件的转速。
文献WO 01/36103 A1公开了带有可由外部的驱动马达驱动的转子与锥状的盘片的装置。转子设有引导元件，其可具有弯曲的叶片的形状。引导元件的功能是，将沉积到锥状的盘片上的液体收集成更大的点滴且然后以更大的点滴的形式进行离心分离，以便避免液体小滴重新混入到气流中。
还已经已知的是，为了驱动转子，利用内燃机的凸轮轴或平衡轴，然而这限制了分离器的设计自由和布置。
与此相对，在文献WO 02/44530 A1中，驱动流体(尤其压缩气体)可被引导到涡轮叶片上，以便将转子置于转动中。在油分离器的正常运行中，出现来自设置在相关的内燃机处的涡轮增压器的用于驱动部的压缩气体。在这样的运行状态中，在其中，没有为涡轮增压器提供足够的量的压缩气体或仅为其提供带有不充足的压力的压缩气体，可通过阀组件备选地将压缩气体从压缩气体容器(其存在于相关的车辆处以用于压缩气体制动设备)中取出。
在文献EP 1 464 797 B1中，旋转的油分离元件没有通过轴来支承且可由布置在壳体外部的驱动器无接触地置于转动中。
此外，由文献EP 1 439 914 B1已知这样的装置，其用于同时为液体清除存在于其中的第一悬浮微粒和为气体清除存在于其中的第二悬浮微粒。装置具有离心转子，其可围绕转动轴线转动且限制分离室，其由液体流经且净化液体。在分离室中布置有由液体流经的分离盘片。气体净化装置的每个分离盘片离关于转动轴线沿轴向延伸，从而分离盘片在其之间形成沿轴向伸延的分离通道，气体流动通过该分离通道。
在由现有技术已知的油分离器中，已经证实为不利的是，油分离器与流体回路相联结，从而其效率取决于内燃机的运行范围。与此相对，电驱动的油分离器引起附加的能量消耗。
发明内容
基于该背景，本发明的目的在于如此实施开头提及的类型的油分离器，即，显著改善在不同的运行范围中的效率，为此并没有引起能量消耗的明显提升。
该目的利用根据权利要求1的特征的油分离器来实现。从属权利要求涉及本发明的特别适宜的改进方案。
因此，根据本发明设置有油分离器，在其中，油分离元件可在第一运行范围(其尤其与内燃机的低的转速范围相关联)中借助于输送的排气气体的动能来驱动，且在第二运行范围(其尤其与内燃机的高的转速范围相关联)中实施成可借助于内燃机的流体回路的流体压力来驱动。通过在内燃机的第一运行范围中将总归为了净化输送给油分离器的排气气体同时用于驱动油分离器，可使油分离器在第一运行范围中在没有附加的能量输入的情况下运行。直到在内燃机的提高的转速或负载要求的相应的第二运行范围中，油分离器才附加地必要时还仅由此驱动，即，油分离器与内燃机的流体回路(优选润滑剂或冷却水回路)相连接，即，接入该回路中。对此，在实践中几乎没有伴随有可测量到的损失，从而可在没有内燃机的值得注意的能量额外消耗的情况下可靠地驱动油分离器。此外，油分离元件的转速可通过根据需要接入流体压力最佳地匹配于内燃机的相应的运行范围。因此，油分离元件的转速尤其不仅仅取决于排气气体的气体压力。由此，本发明基于这样的认识：在几乎不值得注意的能量消耗的情况下，组合排气气体的例如不断的气体输送和呈内燃机的流体回路的流体压力的形式的其他的驱动功率的取决于运行的输送使得能够可简单实现地且可控制地驱动油分离元件。
在此，如果流体或排气气体的可输送给驱动元件的、作用到该驱动元件上的流体压力可借助于调节器件(尤其阀)调节或可根据需要接入，这已经证实为特别有利。通过阀(例如滑阀或球阀)的相应的切换位置，以简单的方式利用呈流体的所期望的体积流量的形式的附加的驱动能加载油分离元件。在此，排气气体和流体优选作用到不同的驱动轮上，以便由此确保物质的分开。
调节器件应可通过控制部来操纵，其例如基于内燃机的探测到的运行参数触发控制信号。此外，调节器件可基于体积流量释放至油分离元件的路径。而特别有利的是本发明的这样的变型方案，在其中，调节器件实施为带有尤其可调节的切换压力的阀。因此，基于在流体回路中的流体压力在超过切换压力时(例如在1bar与3bar之间，优选在约1.5bar的过压的情况下)释放路径开口，且因此为油分离元件加载期望的流体压力。对此，使阀的调节元件克服弹簧元件的回位力移位到打开的位置中。
优选地，油分离元件在第二运行范围中的转速可通过控制输送的流体压力来控制，从而转速例如并非取决于输送的排气气体。因此，可在任何时候确保针对期望的油分离需要的转速。
在本发明的同样确保特别有成效的另一设计方案中，可通过流体或排气气体加载的驱动元件实施为驱动轮，尤其实施为涡轮叶轮，以便因此实现流体或排气气体高效地以期望的旋转流动。
对此，这样的实施方式是合适的，在其中，驱动轮配备有尤其叶片状的造型(Ausformung)，其例如以相似的形式还在增压器(例如内燃机的排气涡轮增压器)中用作涡轮叶轮。显然，造型在形状方面相应地一方面匹配于排气气体且另一方面匹配于液体。
驱动轮可直接或一件式地与油分离元件相连接，或可具有关于油分离元件的表面的造型。相反，如果驱动轮借助于轴与油分离元件相连接，从而尤其在由流体加载的驱动轮方面实现可靠的物质分开且可靠地避免排气气体通过流体成分的混合或污染，这特别有利。
此外，如果流体可借助于带有可调节的喷嘴开口的输送喷嘴转向到驱动轮上，这证实为特别有利。通过输送喷嘴例如实现输送的流体的射流形状且因此实现流速的提高，其可最佳地转化成驱动轮的期望的驱动能。此外，输送的射流还可借助于输送喷嘴调节成使射流在径向的撞击位置中到达驱动轮上，以便可因此改变驱动轮的期望的转速。为此可尤其在位置和/或定向方面在不同的位置中无极地调节输送喷嘴。
此外，根据另一特别实际的变型方案，油分离器可具有多个输送喷嘴，其可根据需要利用流体来加载以便匹配用于油分离元件的需要的驱动功率。显然，可至少为单独的输送喷嘴相应关联分开的阀，例如还带有不同的切换压力，以便可因此根据流体回路的流体压力进行适宜的压力加载。多个输送喷嘴可关于驱动轮的旋转轴线具有不同的径向间距。
同样与本发明相关的是配备有根据本发明的油分离器的内燃机。根据本发明的内燃机具有有利地改善的能量平衡。
根据本发明，在根据本发明的内燃机中，用于净化来自内燃机的内部中的被油雾污染的排气气体的油分离器配备有用于排气气体的入口、用于已净化的气体的出口和油出口，其中，油分离器具有至少一个可旋转运动地驱动的油分离元件，其可通过作用到驱动元件上的流体压力(具体而言，在内燃机的第一运行范围中借助于输送的排气气体，且在第二运行范围中备选地或补充地借助于内燃机的流体回路的流体压力)置于旋转中。由此在没有附加的电驱动部的情况下实现特别简单地驱动油分离元件，其中，油分离器仍然可以特别高效的方式匹配于内燃机的不同的运行范围。通过为排气气体高效地清除油雾确保，没有不期望的油残余物或仅非常少的份额的不期望的油残余物与再循环气体可到达到内燃机的燃烧室中且因此显著降低积炭和预燃的风险。
附图说明
本发明允许多种实施方式。为了进一步说明其基本原理，在附图中示出了实施方式中的一个且在下面对其进行说明。其中，
附图以原理图示显示了指定用于未进一步示出的内燃机的油分离器。
参考标号列表
1 油分离器
2 排气气体
3 油分离元件
4 反射壁
5 油出口
6 旋转轴线
7 轴
8 入口
9 出口
10 驱动元件
11 流体回路
12 热交换器
13 过滤器
14 泵
15 子流
16 支路
17 调节器件
18 驱动元件
19 旁通阀。
具体实施方式
附图以原理图示显示了指定用于未进一步示出的内燃机的油分离器1。油分离器1用于从来自内燃机的内部中的排气气体2中净化掉有害的油残余物，其作为油雾包含在排气气体2中。为了将夹带的油残余物有效地从排气气体2中分开，根据离心式分离器的原理使排气气体2转向到快速旋转的盘状的油分离元件3上。于是，附着在此的油在离心力的影响下在沿径向包围油分离元件3的反射壁4处被分离且从此处到达到油出口5中。为此，将受污染的排气气体2平行于轴7的旋转轴线6从上面通过入口8输送给油分离元件3，且将已净化的气体通过出口9例如输送给未显示的排气再循环管路。现在，本发明的特点在于油分离元件3的驱动原理，其基于由于流体的流入。为此，在第一运行范围(其伴随内燃机的低的转速范围)中，油分离元件3仅借助于输送的排气气体2的动能驱动，排气气体2为此首先同轴于旋转轴线6来输送且然后碰到实施为驱动轮的、带有未示出的陀螺状的(turbinenartig)翼状轮廓的驱动元件10上。待净化的排气气体2本身以这种方式用作驱动部。在内燃机在第二运行范围中的更高的转速的情况下，油分离元件3的可由此实现的转速不再足够。因此，在该运行范围中附加地从形成润滑剂回路的流体回路11(其至少包括热交换器12、过滤器13以及泵14)中将子流15通过以下方式输送给支路16，即，在高于限定的流体压力时打开在支路16中的调节器件17。于是，流体碰到另一驱动元件18上，其与油分离元件3借助于轴7相连接，且紧接着返回地馈送到流体回路11中。以这种方式在第二运行范围中实现明显更高的转速。为了避免油分离器1的不期望的很高的转速或者过载，附加地设置有旁通阀19，通过其在达到上限的切换压力之后将流体的至少一个子流在绕过驱动元件18的情况下返回地导引到流体回路11中。以这种方式还可同时以简单的方式调节油分离元件3的转速。
Claims (15)
1.一种用于净化含有油雾的排气气体(2)的油分离器(1)，带有用于排气气体(2)的入口(8)、用于已净化的气体的出口(9)以及油出口(5)，其中，所述油分离器(1)配备有至少一个可旋转运动地驱动的油分离元件(3)，其能够通过作用到驱动元件(10,18)上的流体压力置于旋转中，其特征在于，所述油分离元件(3)实施成能够在内燃机的第一运行范围中借助于输送的排气气体(2)来驱动，且能够在内燃机的第二运行范围中借助于内燃机的流体回路(11)的流体压力来驱动。
2.根据权利要求1所述的油分离器(1)，其特征在于，所述第一运行范围是低的转速范围。
3.根据权利要求1所述的油分离器(1)，其特征在于，所述第二运行范围是高的转速范围。
4.根据权利要求1所述的油分离器(1)，其特征在于，能够输送给所述驱动元件(10,18)的流体压力能够借助于调节器件(17)来调节和/或能够根据需要接入。
5.根据权利要求4所述的油分离器(1)，其特征在于，所述调节器件(17)是阀。
6.根据权利要求5所述的油分离器(1)，其特征在于，所述调节器件(17)实施为带有切换压力的阀。
7.根据权利要求6所述的油分离器(1)，其特征在于，所述切换压力可调节。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的油分离器(1)，其特征在于，所述油分离元件(3)在第二运行范围中的转速能够通过控制输送的流体压力来改变。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的油分离器(1)，其特征在于，能够通过流体或排气气体(2)加载的所述驱动元件(10)实施为驱动轮。
10.根据权利要求9所述的油分离器(1)，其特征在于，所述驱动元件(10)实施为涡轮叶轮。
11.根据权利要求1-7中任一项所述的油分离器(1)，其特征在于，所述驱动元件(10,18)配备有叶片状或翼状的造型。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的油分离器(1)，其特征在于，所述驱动元件(18)借助于轴(7)与所述油分离元件(3)相连接。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的油分离器(1)，其特征在于，流体能够借助于带有可调节的喷嘴开口的输送喷嘴转向到所述驱动元件(10,18)上。
14.根据权利要求1-7中任一项所述的油分离器(1)，其特征在于，所述油分离器(1)具有多个输送喷嘴，其能够根据需要利用流体加载以便匹配驱动功率。
15.一种配备有根据权利要求1-14中任一项所述的油分离器(1)的内燃机，其中，用于净化被油雾污染的、来自内燃机的内部的排气气体(2)的所述油分离器(1)带有用于排气气体(2)的入口(8)、用于已净化的气体的出口(9)、油出口(5)和至少一个可旋转运动地驱动的油分离元件(3)，油分离元件(3)能够通过作用到驱动元件(10,18)上的流体压力置于旋转中，更具体地说，能够在内燃机的第一运行范围中通过输送的排气气体(2)的流体压力置于旋转中，且在内燃机的第二运行范围中备选地或补充地通过内燃机的流体回路(11)的流体压力置于旋转中。
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