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Die Erfindung betrifft eine Ölabscheideranordnung für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine von Blow-by-Gas des Verbrennungsmotors selbsttätig gesteuerte Federzunge, wobei die Federzunge einen Befestigungsabschnitt, einen eine GaseinlassÖffnung abdeckenden Verschlussabschnitt und einen den Verschlussabschnitt mit dem Befestigungsabschnitt verbindenden Verbindungsabschnitt aufweist.
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Derartige Federzungenabscheider sind beispielsweise aus der
DE 10 2004 016 742 B3 und der
DE 10 2007 058 059 A1 bekannt. Bei dieser bewährten Bauweise ist der Verbindungsabschnitt an der dem Befestigungsabschnitt zugewandten Seite an dem Verschlussabschnitt angebracht.
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Aus der
DE 10 2005 005 473 A1 ist ein Federzungenabscheider bekannt, der zwei symmetrische Biegearme aufweist, die in eine verbindungssteife Verbindungsstelle münden. Die Verbindungsstelle ist an einer dem Befestigungsabschnitt gegenüberliegenden Seite an einer Verschlusslasche angebracht.
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Aus der
EP 1 568 861 A2 sind zwei Ausführungsformen eines Federzungenabscheiders bekannt, wobei bei der ersten Bauweise der Verbindungsabschnitt an der dem Befestigungsabschnitt zugewandten Seite an dem Verschlussabschnitt angebracht ist. Bei der zweiten Bauweise ist die Verbindungsstelle an einer dem Befestigungsabschnitt gegenüberliegenden Seite angebracht.
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In der
US 5 474 035 A ist eine Federzunge mit einem Verbindungsabschnitt mit drei Haltearmen zwischen Befestigungsabschnitt und Verschlussabschnitt gezeigt.
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Wenn die Federzunge in der Ruhestellung vorgespannt ist, ergeben sich vergleichsweise große Leckageströme. Dadurch wird der Einsatzbereich von Federzungenabscheidern beschränkt und für manche Einsatzzwecke, die einen geringen Leckagestrom erfordern, können Federzungenabscheider nicht eingesetzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ölabscheideranordnung zu schaffen, die aufgrund eines geringeren Leckagestroms einen großen Einsatzbereich aufweist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Es hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße seitliche Anbringung eine verbesserte Anlage des Verschlussabschnitts an den Ventilsitz erreicht werden kann, so dass selbst bei geringen Druckdifferenzen eine ausreichende Dichtwirkung erzielt werden kann. Im Ergebnis können daher Leckageströme erfindungsgemäß reduziert werden. Aufgrund der Erfindung kann somit insbesondere mit dem Federzungenabscheider die Funktion eines Rückschlagventils realisiert werden, d.h. der erfindungsgemäße Federzungenabscheider kann gleichzeitig als Rückschlagventil mit zuverlässiger Rückschlagfunktion dienen. Im Ergebnis kann dann ein üblicherweise zusätzlich vorgesehenes Rückschlagventil eingespart werden. Gummimembrane als Rückschlagventile sind nicht erforderlich. Wenn der eingesparte Druckverlust aufgrund des eingesparten Rückschlagventils durch einen höheren Druckverlust im Abscheider kompensiert wird, kann zudem die Ölabscheidung des Federzungenabscheiders verbessert werden. Alternativ kann die Einsparung beispielsweise genutzt werden, einen höheren Unterdruck im Kurbelgehäuse und/oder einen größeren Betriebsbereich mit Unterdruck im Kurbelgehäuse zu erreichen.
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Die zuvor beschriebene verbesserte Anlage des Verschlussabschnitts an den Ventilsitz kann noch erhöht werden, wenn der Verbindungsabschnitt an seitlich gegenüberliegenden Stellen an dem Verschlussabschnitt angebracht ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Verbindungsabschnitt mindestens ein Paar von Biegearmen, nämlich erfindungsgemäß genau ein Paar von Biegearmen, umfasst. Vorteilhafterweise kommt es dabei bereits in der Ruhelage zu einer ringförmigen Anlage; Unebenheiten in allen Achsen können ausgeglichen werden. Zudem kann ein Selbstreinigungseffekt durch abgeschiedenes Öl, gegebenenfalls mit Kraftstoffanteil, erreicht werden. Dadurch kann eine über die Lebensdauer der Ölabscheideranordnung konstante Dichtwirkung erzielt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die erfindungsgemäßen Federzungenabscheider für Volllast- und/oder für Teillastabscheider eingesetzt werden. Gegebenenfalls können die gleichen Bauteile eingesetzt werden. Bei bestimmten Anforderungsprofilen kann auf ein zusätzliches Rückschlagventil in der Abscheidevorrichtung vorteilhaft verzichtet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verschlussabschnitt eine im Wesentlichen ovale Form auf. Dies umfasst auch kreisförmige oder beispielsweise elliptische Formgebungen. Bevorzugt ist eine Formung, bei der (in einer Draufsicht) die längste Ausdehnung mindestens 20%, weiter vorzugsweise mindestens 30%, noch weiter vorzugsweise mindestens 40%, beispielsweise etwa 50% größer ist als die kürzeste Ausdehnung. Hierdurch kann bei gegebener seitlicher Ausdehnung des Verschlussabschnitts, der durch die Durchflusscharakteristik bestimmt sein kann, die longitudinale Ausdehnung und dadurch die Durchflussmenge insgesamt vergrößert werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
- 1 einen Längsschnitt durch einen Federzungenabscheider;
- 2 eine Federzunge für einen Federzungenabscheider in einer Draufsicht;
- 3 einen Teil eines Federzungenabscheiders in einer Schnittansicht;
- 4 eine Schnittansicht eines Federzungenabscheiders in einer weiteren Ausführungsform;
- 5 ein Federzungenteil mit mehreren parallelen Federzungen in einer Draufsicht;
- 6 eine perspektivische Ansicht einer Ölabscheideranordnung mit einem Federzungenteil gemäß 5;
- 7 eine schematische Querschnittsansicht einer Zylinderkopfhaube mit Federzungenabscheider im Teillastfall; und
- 8 eine schematische Querschnittsansicht einer Zylinderkopfhaube mit Federzungenabscheider im Volllastfall.
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Die
1 zeigt einen Federzungenabscheider in einem Längsschnitt. Die grundsätzliche Ausgestaltung des Federzungenabscheiders ist beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2007 058 059 A1 ausgeführt, deren Inhalt insoweit in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Anhand der
1 soll zunächst ein Federzungenabscheider beschrieben werden, dessen vorteilhafter Aufbau vorzugsweise auch bei dem erfindungsgemäßen Federzungenabscheider verwirklicht ist.
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Eine Federzunge 41 ist einem Federzungenabscheider 42 zugeordnet und im Wesentlichen in einer Abscheidekammer 43 angeordnet, wobei die Federzunge 41 nach innen öffnet. Die Federzunge 41 ist vorzugsweise als Federblech ausgeführt, wodurch sie einfach und preisgünstig hergestellt werden. Der Begriff Federzunge ist aber nicht auf ein Federblech beschränkt. Es sind auch Federzungen aus nicht-metallischen Werkstoffen, insbesondere Kunststoff, denkbar.
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Die Federzunge 41 ist an einem Ende mit ihrem Befestigungsabschnitt 5 (siehe 2) in einer Spanneinrichtung 45 freikragend eingespannt. Das andere Ende der Federzunge 41 liegt in der Ruhestellung auf dem Ventilsitz 50 auf und deckt dadurch die Gaseinlassöffnung 46 des Federzungenabscheiders 42, die beispielsweise kreisrund sein kann, ab. Die Auflagefläche 51 der Spanneinrichtung 45, auf der die Federzunge 41 aufliegt, schließt mit dem Ventilsitz 50 einen von Null verschiedenen Winkel α ein (siehe 3), der vorzugsweise mindestens 1°, weiter vorzugsweise mindestens 2°, noch weiter vorzugsweise mindestens 3° beträgt und beispielsweise im Bereich zwischen 3° und 5° liegt. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Vorspannung der Federzunge in Ruhestellung. Der Winkel α ist in 3 für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt. Das freie Ende der Federzunge 41 ist mit ölbeladenem Blow-by-Gas beaufschlagt. Aufgrund der Druckbeaufschlagung gibt die Federzunge 41 einen Spalt 47 frei, durch den das Blow-by-Gas mit hoher Geschwindigkeit in die nachgeordnete Abscheidekammer 43 einströmt.
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In der Abscheidekammer 43 ist eine Prallwand 48 vorgesehen, die zweckmäßigerweise eine überwiegend senkrechte Komponente in Bezug auf die Federzunge 41 in Ruhestellung aufweist und vorzugsweise etwa senkrecht zu der Federzunge 41 in Ruhestellung orientiert ist. Etwa senkrecht bedeutet hier unter einem Winkel im Bereich von 70° bis 110°, vorzugsweise im Bereich von 80° bis 100°. Der durch den Spalt 47 eintretende Gasstrom läuft somit etwa senkrecht auf die Prallwand 48 zu und wird entlang der Prallwand 48 umgelenkt. Aufgrund der Trägheit der Öl- und Schmutzteilchen in dem Blow-by-Gas werden diese an der Prallwand 48 abgeschieden. Um eine möglichst hohe Abscheidewirkung zu erhalten, wird die Gasströmung durch eine nachgeordnete Auslasskammer 44 so abgeführt, dass an der Prallwand eine Umlenkung des Gasstroms in Gegenrichtung zu der Strömungsrichtung durch den Spalt 47 in die Abscheidekammer 43 erfolgt. Die Umlenkung der Gasströmung beträgt hier vorzugsweise mehr als 120° und weiter vorzugsweise mehr als 150° bis zu etwa 180°, wie aus 7 ersichtlich ist. Die Umlenkung der Gasströmung erfolgt nach dem oben Gesagten um eine senkrecht zur Strömungsrichtung orientierte Achse, im Gegensatz zu einem Zyklon, wo der Gaswirbel um eine in Strömungsrichtung orientierte Achse rotiert.
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Das an der Prallwand 48 abgeschiedene Öl läuft am Boden 49 der Abscheidekammer 43 und der nachgeordneten Auslasskammer 44 ab und wird mittels des Rücklaufs in den Motorölkreislauf zurückgeführt. Um die Schwerkraftableitung des Öls ohne Toträume sicherzustellen, weist der Boden der Kammern 43, 44 in der Betriebslage vorzugsweise ein stetiges Gefälle bis zu der Ölableitung auf.
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Bei dem Federzungenabscheider 42 ist die Anordnung des Federzungen-Ventils an der Gaseinlassöffnung 46 vorteilhaft, weil die Querschnittsverengung im Spalt 47 des Federzungenventils zu einer erheblichen Beschleunigung des durchströmenden Blow-by-Gases führt, die eine effektive Abscheidung Ölpartikeln an der dahinter angeordneten Prallwand 48 ermöglicht.
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In der 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Federzunge 41 gezeigt. Die Federzunge 41 weist einen Verschlussabschnitt 2 zum Abdecken der Gaseinlassöffnung und einen Befestigungsabschnitt 5 zur Auflage auf und Befestigung an der Spanneinrichtung 45 auf. Der Befestigungsabschnitt 5 kann beispielsweise eine Öffnung 15 zur Durchführung einer Schraube 52 (siehe 6) aufweisen. Vorzugsweise ist der Befestigungsabschnitt jedoch mittels einer Heißnietverbindung oder einer Klemmverbindung an der Spanneinrichtung 45 befestigt. Auch andere Befestigungsarten sind denkbar.
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Der Verschlussabschnitt 2 ist mit dem Befestigungsabschnitt über einen Verbindungsabschnitt 3 verbunden. In der Ausführungsform gemäß 2 umfasst der Verbindungsabschnitt 3 ein Paar von Biegearmen 7, die seitlich, und zwar an gegenüberliegenden Seiten, an dem Verschlussabschnitt 2 befestigt sind, wodurch entsprechende Verbindungsstellen 17 definiert sind. Die Angabe „seitlich“ bezieht sich auf die Verbindungsachse 28 zwischen dem Befestigungspunkt 15 und dem Schwerpunkt 18 des Verschlussabschnitts 2. Diese Verbindungsachse 28 ist daher die Längsachse oder longitudinale Achse. Seitlich gegenüberliegende Verbindungsstellen 17 bedeutet insbesondere, dass die Verbindungsachse zwischen den Verbindungsstellen 17 senkrecht zu der Längsachse 28 orientiert ist. Die Verbindungsstellen 17 liegen vorzugsweise in einem mittleren Längenbereich s des Verschlussabschnitts. Das heißt, dass der Abstand der Verbindungsstellen 17 von der seitlichen bzw. lateralen Achse 6, die durch den Schwerpunkt 18 des Verschlussabschnitts 2 verläuft, vorzugsweise höchstens 25%, weiter vorzugsweise höchstens 20%, noch weiter vorzugsweise höchstens 15%, noch weiter vorzugsweise höchstens 10% und noch weiter vorzugsweise höchstens 5% der Länge L des Verschlussabschnitts 2 beträgt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wie in 2 beträgt der Abstand der Verbindungsstellen 17 von der lateralen Achse 6 Null, d.h. die Verbindungsachse zwischen den Verbindungsstellen 17 verläuft durch den Schwerpunkt 18 des Verschlussabschnitts 2 und fällt mit der lateralen Achse 6 zusammen. Nach dem zuvor Gesagten beträgt s vorzugsweise höchstens 0.5 L, weiter vorzugsweise höchstens 0.4 L, noch weiter vorzugsweise höchstens 0.3 L, noch weiter vorzugsweise höchstens 0.2 L, noch weiter vorzugsweise höchstens 0.1 L und besonders bevorzugt Null.
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Vorzugsweise kann zwischen jedem Biegearm 7 und dem Verschlussabschnitt 2 ein Torsionsabschnitt 4 vorgesehen sein. Der Biegearm 7 und der Torsionsabschnitt 4 sind vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet. Der Biegearm 7 ist hauptsächlich auf Biegung ausgelegt, wohingegen der Torsionsabschnitt 4 hauptsächlich auf Torsion ausgelegt ist. Durch den rechtwinkligen Übergang werden die Biegearme 7 und die Torsionsabschnitte 4 hauptsächlich in der für sie vorgesehenen Belastungsart beansprucht.
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Der Verschlussabschnitt 2 weist in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen ovale Grundfläche auf. Im Wesentlichen oval meint hier, dass der ovale Umfang nur durch den anliegenden Verbindungsabschnitt 3 unterbrochen ist. Die Länge L des Verschlussabschnitts 2 ist vorzugsweise mindestens 20%, weiter vorzugsweise mindestens 30%, noch weiter vorzugsweise mindestens 40%, beispielsweise etwa 50% größer ist als die Breite B des Verschlussabschnitts 2. Das Verhältnis von L zu B beträgt daher beispielsweise etwa 1,5.
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Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Ölabscheideranordnung. Bei der eingesetzten Federzunge 41 kann es sich dabei beispielsweise um die Federzunge 41 aus der 2 handeln. Die Federzunge 41 ist vorzugsweise im nicht montierten Zustand planar, insbesondere in Form eines planaren Federblechs, so dass Befestigungsabschnitt 5, der Verbindungsabschnitt 3 und der Verschlussabschnitt 2 im nicht montierten Zustand in ein und derselben flachen Ebene liegen. Bei der Montage wird die Federzunge 41 infolge des Winkels α zwischen der Auflagefläche 51 und dem Ventilsitz 50 so verformt, das die Biegearme 7 gebogen sind. Zusätzlich wird der Verschlussabschnitt 2 gegenüber den Biegearmen 7 verdreht. Diese Verdrehung erfolgt über die Torsionsabschnitte 4. Über den Befestigungsabschnitt 5 ist die Federzunge 41 fest mit der Spanneinrichtung 45 verbunden. Alternativ kann die Federzunge im nicht montierten Zustand nicht-eben geformt sein. Die Federzunge 41 kann durch Umformung aus einem Blech hergestellt sein.
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Der Verschlussabschnitt 2 liegt auf dem die Gaseinlassöffnung 9, durch die im Betrieb Blow-by-Gas strömt, umgebenden Ventilsitz 50 auf. Die Blow-by-Gas Strömungsrichtung 8 ist auf den Verschlussabschnitt 2 gerichtet. Bei dem Überschreiten einer vorbestimmten Flächenlast wird die Federzunge 41 soweit gebogen, dass das Blow-by-Gas an der Federzunge 41 vorbeiströmen kann. Der Grenzwert, bei dem die Federzunge 41 sich hebt, wird über die Höhe der Vorspannung eingestellt, die die Federzunge in Verschließrichtung aufweist. Durch die in der 3 dargestellte Montagestellung wird eine hohe Dichtigkeit des Federzungenabscheiders 42 erreicht.
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In der 3 ist zudem eine mögliche bogenförmige Ausrichtung der Biegearme 7 dargestellt. Die Biegearme 7 gehen in dieser Ausführungsform bogenförmig von einer der Strömungsrichtung 8 des Blow-by-Gases entgegen gerichteten Gegenstromausrichtung 10 in eine Mitstromausrichtung 11 über, die in Strömungsrichtung 8 des Blow-by-Gases verläuft. Dies ist aber keineswegs zwingend der Fall. Eine alternative bogenförmige Ausrichtung der Biegearme 7 ist beispielsweise in 4 dargestellt.
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In der 5 ist ein einheitliches bzw. einteiliges Federzungenteil 16 mit beispielsweise fünf Federzungen 41 dargestellt, die an ihrem Befestigungsabschnitt 5 miteinander verbunden sind, so dass ein einheitlicher Befestigungsabschnitt 29 gebildet ist. Das Federzungenteil 16 ist vorzugsweise aus einem einteiligen Federblech 30 gefertigt.
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In der 6 ist eine bevorzugte praktische Ausführung einer Ölabscheideranordnung 31 mit einem Federzungenteil 16 gemäß 5 gezeigt. In einer Gehäusewand 33, die beispielsweise in einer Zylinderkopfhaube 27 gebildet ist, sind beispielsweise 5 Gaseinlassöffnungen 46 nebeneinander angeordnet, die jeweils mit einem Verschlussabschnitt 2 einer entsprechenden Federzunge 41 abgedeckt werden. Die Prallwand 48 wird hier von einem teilzylinderförmigen, beispielsweise etwa halbzylinderförmigen Wandteil 34 gebildet, das sich an der von dem Befestigungsabschnitt 5, 29 entfernten Seite der Federzunge etwa halbkreisförmig um den Verschlussabschnitt 2 herum erstreckt, wobei die Zylinderachse etwa senkrecht zu der Gehäusewand 33 orientiert ist. Die Höhe des Wandteils 34 (Erstreckung entlang der Zylinderachse) ist vorzugsweise größer als die (maximale) Auslenkung der Federzunge 41 im Betrieb, weiter vorzugsweise größer als die Länge L des Verschlussabschnitts 2 der Federzunge 41. Zur Erzeugung einer gerichteten Strömungscharakteristik kann an der der dem Befestigungsabschnitt 5, 29 benachbarten Seite des Verschlussabschnitts ein weiteres teilzylinderförmiges Wandteil 35 gebildet sein, das sich teilkreisförmig um den Verschlussabschnitt 2 herum erstreckt. Die Wandteile 34, 35 können die gleiche Höhe aufweisen. Die Wandteile 34, 35 bilden vorzugsweise ein insgesamt zylindrisches Rohr 37, das durch zwei seitliche Längsschlitze 36 zur Durchführung des Verbindungsabschnitts 3 der Federzunge 41 unterbrochen ist.
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Der Verschlussabschnitt 2 ist dabei innerhalb des Rohrs 37, der Befestigungsabschnitt 5, 29 dagegen außerhalb desselben angeordnet. Der Gasauslass erfolgt durch das von dem Wandteil 33 entfernte, offene Stirnende des zylinderförmigen Rohrs 37. Die Ölabscheideranordnung gemäß 6 lässt sich mühelos auf eine Anordnung mit einer Federzunge 41 übertragen.
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In der 7 ist eine erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube 27 mit Federzungenabscheider 42A im Teillastfall dargestellt. Der Zylinderkopf 24 wird über eine durchgängige Linie angedeutet. Über eine Belüftung wird dem Blow-by-Gas im Teillastfall Frischluft 22 zugeführt. Das Blow-by-Gas mit Frischluft 23 durchströmt zunächst einen Vorabscheiders 20 und anschließend einen Teillastabscheider 21, der eine erfindungsgemäße Ölabscheideranordnung mit Federzungenabscheider 42A aufweist. Abgeschiedenes Öl 25 wird in den Ölkreislauf zurückgeführt. Der Volllast-Federzungenabscheider 42B wirkt hier als Rückschlagventil. Somit wird die Frischluft gezwungen, durch den Ölrücklauf 38 des Volllastabscheiders 42B, welcher durch einen Siphon ebenfalls ein Rückschlagventil enthält, in das Kurbelgehäuse 39 zu strömen. Dadurch wird die Vermischung mit dem Blow-by-Gas verbessert, und/oder die Zeit bzw. Strecke vergrößert, in der die Frischluft Kraftstoff und Wasser aufnehmen kann, um die Qualität des Öls nicht durch diese unerwünschten Komponenten zu vermindern.
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In der 8 ist der Volllastfall in derselben Zylinderkopfhaube 27 dargestellt. Das Blow-by-Gas 8 strömt auch hier zunächst durch einen Teilabscheider 20. Anschließend strömt das Blow-by-Gas durch einen Volllastabscheider 26, der eine erfindungsgemäße Ölabscheideranordnung mit Federzungenabscheider 42 umfasst. Das abgeschiedene Öl 25 wird ebenfalls dem Ölkreislauf zurückgeführt.
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Die erfindungsgemäße Ölabscheideranordnung kann somit für einen Teillastabscheider 21 und/oder für einen Volllastabscheider 26 in derselben Zylinderkopfhaube 27 vorgesehen werden.
