DE102016208248B3

DE102016208248B3 - Ölabscheider zur Abscheidung von Öl aus Aerosol in einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102016208248B3
Application number: DE102016208248.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Rau
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2036-05-14
Also published as: CN109154219A; WO2017194235A1; US11015499B2; CN109154219B; US20190078475A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ölabscheider (4) zur Abscheidung von Öl aus Aerosol in einem Verbrennungsmotor (1), mit einem Gehäuse (5) aufweisend eine Eingangsöffnung (11) für das Aerosol, einem um eine Drehachse rotierend antreibbaren Flügelrad (9), das zur Erzeugung eines Aerosolstroms entlang einer Axialrichtung des Flügelrads (9) angepasst und in dem Gehäuse (5) angeordnet ist, und einer Prallwand (15), die so ausgebildet ist, dass eine axial und luftstromabwärts gerichtete Projektion des Flügelrads (9), auf die Prallwand (15) trifft, wobei zumindest ein Teil einer axial und luftstromaufwärts gerichteten Projektion des Flügelrads (9) auf die Eingangsöffnung (11) trifft. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor (1) mit solch einem Ölabscheider (4) sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einem Verbrennungsmotor (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ölabscheider zur Abscheidung von Öl aus Aerosol in einem Verbrennungsmotor, einen Verbrennungsmotor mit solch einem Ölabscheider sowie ein Kraftfahrzeug mit solch einem Verbrennungsmotor.
Beim Betrieb von Verbrennungsmotoren ist es unvermeidbar, dass sog. BlowBy-Gase durch geringe Undichtigkeiten an den Kolbenringspalten aus den Verbrennungsräumen in das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors entweichen. Diese BlowBy-Gase werden in der Regel erneut nachfolgenden Verbrennungszyklen des Verbrennungsmotors zugeführt. Nach dem Durchströmen des Kurbelgehäuses wird von den BlowBy-Gasen im Kurbelgehäuse befindliches Öl aufgenommen. Wird dieses Aerosol (BlowBy-Gase mit Öl) wieder dem Brennraum zugeführt, dann kann dies bei langem Betrieb zu einer Verkokung der Einlassventile, der Kolben und der Verbrennungsräume führen. Daher ist das Öl möglichst vollständig aus dem Aerosol abzuscheiden, bevor die BlowBy-Gase erneut den Verbrennungsräumen zugeführt werden. Hierzu sind Ölabscheider aus dem Stand der Technik bekannt.
Aus der DE 101 40 301 A1 und DE 10 2010 015 838 A1 sind jeweils Ölabscheider mit einem Radial-Flügelrad bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen noch effizienteren Ölabscheider bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit einem Ölabscheider gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Erfindung einen Ölabscheider zur Abscheidung von Öl aus Aerosol in einem Verbrennungsmotor bereit, mit einem Gehäuse aufweisend eine Eingangsöffnung für das Aerosol, einem um eine Drehachse rotierend antreibbaren Axial-Flügelrad, das zur Erzeugung eines Aerosolstroms entlang einer Axialrichtung, d. h. parallel zur Drehachse, des Axial-Flügelrads angepasst und in dem Gehäuse angeordnet ist, und einer Prallwand, die so ausgebildet ist, dass eine axial, d. h. parallel zur Drehachse des Axial-Flügelrads, und luftstromabwärts gerichtete Projektion des Axial-Flügelrads, auf die Prallwand trifft, so dass das Axial-Flügelrad angepasst ist, Aerosol gegen die Prallwand zu schleudern, wobei zumindest ein Teil einer axial und luftstromaufwärts gerichteten Projektion des Axial-Flügelrads auf die Eingangsöffnung trifft. Durch die geradlinige Beschleunigung des Aerosols, die dadurch erreicht wird, dass die Eingangsöffnung geradlinig in der axialen Verlängerung des Axial-Flügelrads angeordnet ist, sowie den geradlinigen Weitertransport hin zur Prallwand, treffen die Aerosolteilchen mit hoher Geschwindigkeit auf die Prallwand auf. Durch diese hohe Geschwindigkeit erfolgt eine gute Abscheidung des Öls, d. h. einer Auftrennung im Wesentlichen in BlowBy-Gas und Öl. Das abgeschiedene Öl kann bedingt durch die Schwerkraft an der Prallwand nach unten fließen und zurück in das Kurbelgehäuse transportiert werden, wohingegen die verbleibenden BlowBy-Gase über eine möglichst weit oben (d. h. entgegen der Schwerkraft) liegende Luft-Ausgangsöffnung entweichen und zurück zu den Verbrennungsräumen geführt werden können. Der Aufbau des Ölabscheiders ist durch die Verwendung des Axial-Flügelrads auch von geringerer Komplexität als andere Ölabscheider vom Stand der Technik.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Gehäuse zumindest eine Luft-Ausgangsöffnung auf, die sich radial weiter außen befindet als das Axial-Flügelrad.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Luft-Ausgangsöffnung in einer vorgesehenen Einbaulage des Ölabscheiders in einer gewichtskraftabgewandten Hälfte des Gehäuses angeordnet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist radial innerhalb der Luft-Ausgangsöffnung eine Trennwand ausgebildet, so dass zwischen der Luft-Ausgangsöffnung und der Trennwand ein Spalt ausgebildet wird, wobei sich die Trennwand in Axialrichtung weiter hin zu der Prallwand erstreckt als die Luft-Ausgangsöffnung und wobei die Trennwand in einer Radialrichtung gesehen die gesamte Fläche der Luft-Ausgangsöffnung überspannt. Durch diese Trennwand wird im Bereich der Luft-Ausgangsöffnung ein Labyrinth ausgebildet, welches zu einer weiteren Abscheidung des Öls aus dem Aerosol führt. Außerdem wird zusätzlich verhindert, dass Aerosol direkt von dem Axial-Flügelrad zur Luft-Ausgangsöffnung geschleudert wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Prallwand eine Innenwand des Gehäuses.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Ölabscheider ferner zumindest eine Öl-Ausgangsöffnung, die in der vorgesehenen Einbaulage in einer gewichtskraftzugewandten Hälfte des Gehäuses angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ferner aufweisend ein auf der Drehachse befindliches und aus dem Gehäuse ragendes Eingriffselement zum Antrieb des Axial-Flügelrads. Dieses Eingriffselement ist angepasst, direkt an die Nockenwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt zu werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umgibt die Eingangsöffnung das Eingriffselement. Diese Anordnung von Eingangsöffnung und Eingriffselement unterstützt die geradlinige Anordnung und damit verbundene geradlinige Aerosolstrom-Erzeugung.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Ölabscheider, wobei das Eingriffselement an eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Verbrennungsmotor.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor mit dem erfindungsgemäßen Ölabscheider;
2 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht den erfindungsgemäßen Ölabscheider, und
3 zeigt eine dreidimensionale Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Ölabscheiders.
1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 1 für ein Kraftfahrzeug. Der Verbrennungsmotor 1 weist ein Kurbelgehäuse 2 und eine Kurbelwelle 3 auf, an welche der erfindungsgemäße Ölabscheider 4 koppelbar ist. Wie eingangs erwähnt, ist der erfindungsgemäße Ölabscheider 4 auch an eine Nockenwelle koppelbar.
2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Ölabscheiders 4. Dieser hat ein Gehäuse 5 mit einem Flanschabschnitt 6, der in das Kurbelgehäuse 2 steckbar ist sowie Befestigungsarme 7, mit denen das Gehäuse 5 am Kurbelgehäuse 2 befestigbar ist. Über ein Eingriffselement 8 ist der Ölabscheider 4 mit der Kurbelwelle 3 koppelbar und von dieser antreibbar.
3 zeigt eine dreidimensionale Schnittdarstellung des Ölabscheiders 4 aus 2, wobei 3 eine Schnittdarstellung entlang einer Drehachse eines Flügelrads 9 ist. Dieses Flügelrad 9 ist ein Axial-Flügelrad, d. h. bei Drehung um seine Drehachse erzeugt das Flügelrad 9 eine Strömung parallel zu seiner Drehachse. Das Flügelrad 9 ist auf einer Welle 10 montiert und drehfest mit dieser verbunden. Die Welle 10 wiederum ist drehbar mit dem Gehäuse 5 verbunden und gegenüber dem Gehäuse 5 drehbar gelagert. Das Flügelrad 9 umfasst einen an der Welle 10 befestigten Grundkörper an dessen radial nach außen weisender Seite eine Vielzahl an Flügeln angeordnet ist.
Das Flügelrad 9 ist vollständig im Gehäuse 5 angeordnet, welches an seinem kurbelgehäuseseitigen Ende eine runde Eingangsöffnung 11 aufweist, sich von dieser ausgehend weg vom kurbelgehäuseseitigen Ende stufenförmig und mit stufenweise vergrößertem Durchmesser hin zu seiner Außenfläche 12 mit größtem Außendurchmesser erstreckt, die mit einer Luft-Ausgangsöffnung 13 versehen ist. Der Ölabscheider 4 hat eine vorgegebene Einbaulage gegenüber dem Kurbelgehäuse 2, wobei es vorteilhaft ist die Luft-Ausgangsöffnung 13 an einer Stelle der Außenfläche 12 anzuordnen, die in dieser vorgegebenen Einbaulage möglichst weit von einer gewichtskraftzugewandten Seite des Ölabscheiders 4 entfernt ist. Auf der der Eingangsöffnung entgegengesetzten Seite ist das Gehäuse 5 mit einer Rückwand 14 versehen, die vorzugsweise die Form einer runden ebenen Platte hat und direkt an die Außenfläche 12 anschließt.
Am kurbelgehäuseseitigen Ende ist die Welle 10 mit dem Eingriffselement 8 versehen, so dass die Welle 10 und mit ihr das Flügelrad 9 über das an die Kurbelwelle 3 koppelbare Eingriffselement 8 drehend antreibbar ist. Das Eingriffselement 8 ist im dargestellten Fall in Form einer Scheibe mit kurbelgehäuseseitigem quer verlaufendem Eingriffsvorsprung. Jedoch kann das Eingriffselement 8 auch jede andere Form eines ineinandergreifenden Kopplungsmechanismus aufweisen.
Das Eingriffselement 8 ist im Bereich der Eingangsöffnung 11 und radial innerhalb dieser angeordnet, so dass sich eine Eingangsquerschnittsfläche, die zur Einströmung in das Gehäuse 5 zur Verfügung steht verkleinert und die Form eines Kreisrings aufweist. Eine axiale Projektion der Flügel des Flügelrads 9, d. h. eine gedankliche Projektion der Flügel entlang von Linien, die sich parallel zur Drehachse erstrecken, erstreckt sich im Wesentlichen durch die Eingangsquerschnittsfläche. Dadurch wird ein geradliniges, axiales Einströmen von Aerosol aus dem Kurbelgehäuse sichergestellt. Im Betrieb beschleunigt das Flügelrad das einströmende Aerosol geradlinig und schleudert das Aerosol gegen die Innenseite der Rückwand 14, die als Prallwand 15 fungiert. Diese Aerosolströmung ist mit den Pfeilen 18 in 3 veranschaulicht. Beim Auftreffen der Aerosolteilchen auf der Prallwand 15 wird Öl aus dem Aerosol abgeschieden, so dass sich das Aerosol im Wesentlichen in Luft und Öl aufteilt. Dabei ist dem Fachmann selbstverständlich klar, dass diese Trennung nicht perfekt zu 100% erfolgt. Der abgeschiedene Ölanteil kann an der Prallwand 15 aufgrund der Gewichtskraft herunterlaufen und aus einer Öl-Ausgangsöffnung (nicht dargestellt) wieder zurück in das Kurbelgehäuse 2 geführt werden. Die Öl-Ausgangsöffnung ist dabei in der vorgesehenen Einbaulage möglichst nahe an der gewichtskraftzugewandten Seite des Ölabscheiders 4 angeordnet.
Die nach Abscheidung des Ölanteils verbleibende Luft, wird über die Luft-Ausgangsöffnung 13 aus dem Ölabscheider abgeführt, wie durch die Pfeile 19 in 3 veranschaulicht. Diese Luft kann wieder den Verbrennungsräumen zugeführt werden.
Radial innerhalb der Luft-Ausgangsöffnung 13 ist eine Trennwand 16 ausgebildet ist, so dass zwischen der Luft-Ausgangsöffnung 13 und der Trennwand 16 ein Spalt 17 ausgebildet wird, wobei sich die Trennwand 16 in Axialrichtung weiter hin zu der Prallwand 15 erstreckt als die Luft Ausgangsöffnung 13 und wobei die Trennwand 16 in einer Radialrichtung gesehen die gesamte Fläche der Luft-Ausgangsöffnung 13 überdeckt.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Ölabscheider (4) zur Abscheidung von Öl aus Aerosol in einem Verbrennungsmotor (1), mit einem Gehäuse (5) aufweisend eine Eingangsöffnung (11) für das Aerosol, einem um eine Drehachse rotierend antreibbaren Axial-Flügelrad (9), das zur Erzeugung eines Aerosolstroms entlang einer Axialrichtung des Axial-Flügelrads (9) angepasst und in dem Gehäuse (5) angeordnet ist, und einer Prallwand (15), die so ausgebildet ist, dass eine axial und luftstromabwärts gerichtete Projektion des Axial-Flügelrads (9), auf die Prallwand (15) trifft, so dass das Axial-Flügelrad (9) angepasst ist, Aerosol gegen die Prallwand (15) zu schleudern, wobei zumindest ein Teil einer axial und luftstromaufwärts gerichteten Projektion des Axial-Flügelrads (9) auf die Eingangsöffnung (11) trifft.
Ölabscheider (4) gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse (5) zumindest eine Luft-Ausgangsöffnung (13) aufweist, die sich radial weiter außen befindet als das Axial-Flügelrad (9).
Ölabscheider (4) gemäß Anspruch 2, wobei die Luft-Ausgangsöffnung (13) in einer vorgesehenen Einbaulage des Ölabscheiders (4) in einer gewichtskraftabgewandten Hälfte des Gehäuses (5) angeordnet ist.
Ölabscheider (4) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei radial innerhalb der Luft-Ausgangsöffnung (13) eine Trennwand (16) ausgebildet ist, so dass zwischen der Luft-Ausgangsöffnung (13) und der Trennwand (16) ein Spalt (17) ausgebildet wird, wobei sich die Trennwand (16) in Axialrichtung weiter hin zu der Prallwand (15) erstreckt als die Luft-Ausgangsöffnung (13) und wobei die Trennwand (16) in einer Radialrichtung gesehen die gesamte Fläche der Luft-Ausgangsöffnung (13) überspannt.
Ölabscheider (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prallwand (15) eine Innenwand des Gehäuses (5) ist.
Ölabscheider (4) gemäß Anspruch 3, ferner mit zumindest einer Öl-Ausgangsöffnung, die in der vorgesehenen Einbaulage in einer gewichtskraftzugewandten Hälfte des Gehäuses (5) angeordnet ist.
Ölabscheider (4) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein auf der Drehachse befindliches und aus dem Gehäuse (5) ragendes Eingriffselement (8) zum Antrieb des Axial-Flügelrads (9).
Ölabscheider (4) gemäß Anspruch 7, wobei die Eingangsöffnung (11) das Eingriffselement (8) umgibt.
Verbrennungsmotor (1) mit einem Ölabscheider (4) gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das Eingriffselement (8) an eine Nockenwelle oder eine Kurbelwelle (3) des Verbrennungsmotors gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 9.