DE102017215041A1

DE102017215041A1 - Ölabscheider, Entlüftungssystem und Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102017215041A1
Application number: DE102017215041.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Erdmann; Yaman Yagiz; Francesco Zitarosa
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Grimaldi Development Se AB
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: DE202016104755U1; DE102017215041B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ölabscheider zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus Gasen. Sie betrifft weiterhin ein Entlüftungssystem mit einem derartigen Ölabscheider sowie einen Verbrennungsmotor mit einem derartigen Ölabscheider und/oder einem derartigen Entlüftungssystem.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ölabscheider zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus Gasen. Sie betrifft weiterhin ein Entlüftungssystem mit einem derartigen Ölabscheider sowie einen Verbrennungsmotor mit einem derartigen Ölabscheider und/oder einem derartigen Entlüftungssystem.
Ölabscheider werden in vielen Bereichen zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus Gasen eingesetzt. Insbesondere werden sie verwendet, um aus Blow-by Gasen eines Verbrennungsmotors darin enthaltenes Motoröl in Form von Ölnebel und/oder Öltröpfchen soweit wie möglich zu entfernen. Die von Ölnebel und/oder Öltröpfchen weitestgehend gereinigten Blow-by Gase werden dann üblicherweise in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zurückgeführt.
Soweit im Folgenden von gereinigten Gasen gesprochen wird, meint dies Gase, die von wesentlichen Anteilen des Ölnebels und der Öltröpfchen gereinigt sind. Eine Verbesserung der Reinigungswirkung wird beispielsweise durch die vorliegende Erfindung erzielt.
Zum Einsatz kommen dabei insbesondere Ölabscheider mit einer Abscheidekammer, die von den zu reinigenden Gasen durchströmt wird. Insbesondere werden sog. aktive Ölabscheider verwendet, bei denen innerhalb der Abscheidekammer ein aktiv angetriebenes Abscheideelement, beispielsweise ein Tellerseparator, angeordnet ist. Ein derartiges Abscheideelement wie beispielsweise ein Tellerseparator ist drehbar gelagert und wird zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus dem zwischen den einzelnen Tellern des Tellerseparators strömenden Gas mit hoher Drehzahl gedreht.
Der Antrieb derartiger Tellerseparatoren erfolgt über ein Antriebselement, das in einer von der Abscheidekammer getrennten Antriebskammer gelagert ist und beispielsweise mit Hilfe des Öldrucks des Motoröls angetrieben wird. Antriebselement und Tellerseparator sind üblicherweise über eine Welle verbunden. Zwischen der Abscheidekammer und der Antriebskammer ist eine Trennwand angeordnet, die gegenüber der Welle eine Dichtung aufweist, beispielsweise eine Labyrinthdichtung.
Insbesondere bei einem hydraulisch mit dem Motoröl angetriebenen Antriebselement oder sofern das abgeschiedene Öl über die Antriebskammer in das Kurbelgehäuse zurückgeleitet wird, sind sowohl der Gaseinlaß der Abscheidekammer als auch die Antriebskammer mit dem Kurbelgehäuse verbunden. Dabei werden die Druckverhältnisse sowohl von den Volumenströmen des Blow-By-Gases als auch von der Rotation des Abscheideelements beeinflusst. Beide Größen können in der Praxis nicht getrennt werden, sollen hier zum besseren Verständnis aber getrennt betrachtet werden. Bei isoliert betrachteter Rotation des Abscheidelements ergibt sich am Gasauslass des Abscheideelements ein höherer Druck als an seinem Gaseinlass. Dabei ist zu beachten, dass mit steigender Drehzahl des Abscheideelements die Druckdifferenz über den Ölabscheider steigt. Bei isolierter Betrachtung des Blow-By-Gas-Volumenstroms steigt der Druck am Gaseinlass der Abscheidekammer im Wesentlichen exponentiell mit dem Volumenstrom an. Ein steigender Volumenstrom wirkt dabei also entgegen der Druckdifferenz des rotierenden Abscheiders. Im Wesentlichen wirkt diese Druckdifferenz auch zwischen der Antriebskammer und dem Gasauslass der Abscheidekammer, da die Antriebskammer mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist. Steigt der Volumenstrom sehr stark an, kann dessen Druck die Druckdifferenz am Abscheider überwiegen, dabei ergibt sich auch eine Umkehr der Druckverhältnisse zwischen Antriebskammer und Gasauslass der Abscheidekammer, so dass bereits abgeschiedenes und in die Antriebskammer ausgeleitetes Öl und gegebenenfalls Antriebsöl von der Antriebskammer durch die Labyrinthdichtung hindurch in die Abscheidekammer gelangen kann (sog. Ölreißen).
In einer Ausführungsform treibt das Antriebselement ein Element zur Erzeugung von Unterdruck, beispielsweise ein Flügelrad, an, mit dem im Bereich der Labyrinthdichtung ein Unterdruck in der Antriebskammer gegenüber der Abscheidekammer erzeugt wird. Auf diese Weise wird normalerweise verhindert, dass die Abscheidekammer bereits abgeschiedenes und in die Antriebskammer ausgeleitetes Öl und gegebenenfalls auch Motoröl, das zum Antrieb des Antriebselementes verwendet wird, aus der Antriebskammer, gegebenenfalls auch über eine Labyrinthdichtung in der Trennwand, in die Abscheidekammer ansaugt (sog. Ölreißen). Bei hohen Volumenströmen des zu reinigenden Gases ergibt sich hier zusätzlich der Effekt, dass die Drehzahl des Tellerseparators aufgrund des erhöhten Luftwiderstandes in der Abscheidekammer sinken kann. Sinkt diese Drehzahl, so sinkt auch die Drehzahl des Elementes, das auf Seiten der Antriebskammer für eine zusätzliche Druckabsenkung an der Labyrinthdichtung sorgt, so dass erleichtert Öl aus der Antriebskammer über die Labyrinthdichtung in die Abscheidekammer angesaugt werden kann.
Es sind auch weitere Betriebszustände des aktiven Ölabscheiders denkbar, bei denen die Druckverhältnisse zwischen Antriebskammer und Abscheidekammer derart ungünstig sind, dass Öl aus der Antriebskammer in die Abscheidekammer angesaugt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt es sich daher zur Aufgabe, einen Ölabscheider, ein Entlüftungssystem und einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, die getrennt eine Antriebskammer und eine Abscheidekammer aufweisen und bei denen die Druckverhältnisse zwischen der Antriebskammer und der Abscheidekammer zuverlässig unter sämtlichen Betriebszuständen des Ölabscheiders ein Ölreißen zwischen der Antriebskammer und der Abscheidekammer verhindern.
Diese Aufgabe wird durch den Ölabscheider nach Anspruch 1, das Entlüftungssystem nach Anspruch 10 und den Verbrennungsmotor nach Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ölabscheiders werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
Der erfindungsgemäße Ölabscheider weist wie vorstehend beschrieben eine Abscheidekammer auf, die einen Einlass und einen Auslass für Gase aufweist, um zu reinigende Gase durch die Abscheidekammer zu führen. In der Abscheidekammer ist ein Abscheideelement drehbar angeordnet. Weiterhin ist eine Antriebskammer vorgesehen, in der ein Antriebselement, vorteilhafterweise drehbar, angeordnet ist. Antriebselement und Abscheideelement sind über eine Welle miteinander über eine Trennwand zwischen Abscheidekammer und Antriebskammer hinweg miteinander drehbar verbunden. Mit anderen Worten erstreckt sich die Welle durch eine Durchgangsöffnung in der Trennwand von der Antriebskammer zur Abscheidekammer und verbindet dabei das Antriebselement mit dem Abscheideelement so, dass sie miteinander rotieren können ohne dass sie sich relativ zueinander bewegen.
Um unter sämtlichen Betriebszuständen, insbesondere bei hohen Volumenströmen, hinreichende Druckverhältnisse in der Abscheidekammer zu gewährleisten, ist nun erfindungsgemäß eine Venturidüse vorgesehen, deren Abnahmerohr mit dem Auslass des Ölabscheiders für gereinigte Gase verbunden ist.
Venturidüsen, auch Saugstrahlpumpen genannt, erzeugen an ihrem Abnahmerohr (Vakuumanschluss) einen Unterdruck, der in der vorliegenden Erfindung dazu verwendet wird, um auch hohe Volumenströme gesichert aus der Abscheidekammer abzuführen. Hierzu verwendet eine Venturidüse ein zweites strömendes Medium (z. B. Treibgas), das im Bereich der Düse beschleunigt wird und so einen statisch niedrigen Druck in dem Abnahmerohr erzeugt. Als zweites Fluidmedium wird bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt Gas aus dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, insbesondere nach Verdichtung beispielsweise durch einen Turbolader oder einen Kompressor, verwendet.
Vom Ausgang der Venturidüse werden die abgesaugten zu reinigenden Gase und dieses zweite Medium zurück in den Ansaugtrakt geführt.
Der erfindungsgemäße Abscheider für Ölnebel und/oder Öltröpfchen verhindert zuverlässig das Ansaugen von Öl aus der Antriebskammer in die Abscheidekammer (sog. Ölreißen). Weiterhin ist vorteilhaft, dass der von der Venturidüse erzeugte Unterdruck sehr effizient für die Abscheidung von Ölnebel und Öltröpfchen in der Abscheidekammer genutzt wird, da der zusätzlich erzeugte Unterdruck am Auslass der Abscheidekammer dazu führt, dass der Ölabscheider auch bei erhöhten Volumenströmen seine Abscheideleistung aufrechterhalten kann.
Die Verwendung einer Venturidüse ist insbesondere vorteilhaft, da Venturidüsen leicht skalierbar sind, auch extern angebracht werden können und so je nach Einsatzzweck und beispielsweise verwendetem Motortyp eine geeignete Venturidüse verwendet werden kann.
Alternativ kann die Venturidüse auch einteilig/einstückig mit dem Ölabscheider, insbesondere mit der Abscheidekammer, ausgeführt werden. Hierdurch ergeben sich kurze Leitungslängen, die zu einem geringen Druckverlust in den Leitungen, einem geringen Risiko für Kondensation sowie zu Platzersparnis führen. Außerdem erleichtert es eine einteilige oder einstückige Ausführungsform, die Abwärme des Abscheiders zu verwenden, um damit die Venturidüse und das über den Vakuumanschluß eingeleitete gereinigte Gas zu erwärmen und ein Vereisen der Venturidüse zu verhindern.
Als Venturidüse kann eine offene oder eine geschlossene Venturidüse verwendet werden. Bei offenen Venturidüsen mündet die Düse in den Bereich des Anschlusses des Vakuumanschlusses. Bei geschlossenen Düsen ragt die Düse in den Bereich des Vakuumanschlusses.
Wie bereits im vorigen Abschnitt beschrieben, kann der Ölabscheider vorteilhafterweise ein aktiver Ölabscheider sein, bei dem das Abscheideelement ein Tellerseparator ist, der vorteilhafterweise durch ein Antriebselement, beispielsweise eine Turbine, angetrieben wird. Vorteilhafterweise wird das Antriebselement durch den Öldruck des Motoröls angetrieben. Jedoch sind auch elektrische oder elektrostatische Antriebselemente möglich; auch hier wird der Druck im Kurbelgehäuse reduziert.
Die Venturidüse kann vorteilhafterweise mit weiteren den Druck in dem Ölabscheider beeinflussenden Elementen kombiniert werden. So ist es beispielsweise durch die Verwendung eines Druckregelventils bzw. Sperrventils zwischen der Abscheidekammer und der Venturidüse oder in Strömungsrichtung hinter der Venturidüse, d. h. insbesondere zwischen der Venturidüse und der Ansaugleitung unmittelbar hinter dem Luftfilter, möglich zu verhindern, dass der Luftstrom unter ungünstigen Druckverhältnissen seine Richtung umkehrt und über den Auslass in die Abscheidekammer strömt.
Besonders vorteilhaft wird der erfindungsgemäße Ölabscheider so ausgeführt, dass in der Antriebskammer eine mit der Welle gekoppelte Vorrichtung vorgesehen ist, beispielsweise ein Flügelrad, das im abgedichteten Bereich zwischen der Antriebskammer und der Abscheidekammer einen Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck verhindert, dass Fluide, beispielsweise bereits abgeschiedenes und in die Antriebskammer ausgeleitetes Öl, Schmieröl oder Motoröl, das zum Antrieb in der Antriebskammer verwendet wird, in die Abscheidekammer gesaugt wird. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung einer Venturidüse am Ausgang der Abscheidekammer wird unter allen Betriebszuständen sichergestellt, dass die zu reinigenden Gase gesichert aus der Abscheidekammer abtransportiert werden. Damit wird einer Erhöhung des Drucks im Kurbelgehäuse und auch einer Absenkung der Drehzahl des Abscheideelementes entgegengewirkt. Dies bedeutet, dass auch die Drehzahl des zugehörigen und über die Welle gekoppelten Flügelrades nicht absinkt und so der erforderliche Unterdruck auf Seiten der Antriebskammer an der Dichtung zwischen Antriebskammer und Abscheidekammer aufrechterhalten wird. Der Übertritt von Fluiden wie Gasen oder Flüssigkeiten, insbesondere von Öl von der Antriebskammer in die Abscheidekammer wird damit zuverlässig verhindert.
Das erfindungsgemäße Entlüftungssystem für Blow-By-Gase eines Verbrennungsmotors mit einem Kurbelgehäuse und einer Ölwanne weist eine Entlüftungsleitung zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors auf. In der Entlüftungsleitung ist dabei ein wie zuvor beschriebener Ölabscheider, d. h. insbesondere ein aktiver Ölabscheider mit einem Tellerabscheider, sowie eine Venturidüse angeordnet. Wesentlich für das erfindungsgemäße Entlüftungssystem ist, dass die Entlüftungsleitung das Kurbelgehäuse über mehrere Abschnitte mit dem Ansaugtrakt verbindet. Es verbindet insbesondere über einen ersten Leitungsabschnitt das Kurbelgehäuse mit dem Einlass des Ölabscheiders, über einen Zwischenabschnitt den Auslass des ölabscheiders mit der Venturidüse und über einen zweiten Leitungsabschnitt eine erste Öffnung des Venturirohrs der Venturidüse, die für Treibgase als Auslass dient, mit dem Ansaugtrakt, insbesondere unmittelbar hinter dem Luftfilter. Der Zwischenabschnitt kann dabei beispielsweise auch vom Gehäuse des Ölabscheiders selbst gebildet sein.
Das Entlüftungssystem kann in seinem Ansaugtrakt eine Ansaugleitung aufweisen, in der aufeinanderfolgend ein Luftfilter, eine Drosselklappe, ein Verdichter und ein Ladeluftkühler angeordnet sind, wobei die Reihenfolge von Drosselklappe und Verdichter je nach Anforderung des Verbrennungsmotors gewählt werden kann.
Das Entlüftungssystem kann, wie bereits erwähnt, verschiedene Leitungsabschnitte aufweisen. Dabei ist es bevorzugt, dass ein Abschnitt der Entlüftungsleitung, der im Folgenden als zweiter Leitungsabschnitt bezeichnet wird, die Venturidüse mit einem Abschnitt der Ansaugleitung zwischen dem Luftfilter und demjenigen Element aus der Gruppe umfassend Drosselklappe, Verdichter und Ladeluftkühler, das dem Luftfilter am nächsten liegt, verbindet.
Die Venturidüse weist vorteilhafterweise insgesamt mindestens drei Öffnungen auf, eine davon dient für Treibgase als Einlass und wird im Folgenden als zweite Öffnung bezeichnet. Sie ist mit der Ansaugleitung in demjenigen Abschnitt verbunden, der sich zwischen dem letzten Element aus der Gruppe umfassend Drosselklappe, Verdichter und Ladeluftkühler und vor dem Lufteinlassventil des Verbrennungsmotors erstreckt. In diesem Leitungsabschnitt ist eine Strömung in beide Richtungen möglich, er wird hier im Folgenden als Umkehr-Leitungsabschnitt bezeichnet. Insbesondere kann bei im Wesentlichen oder vollständig geöffneter Drosselklappe der Umkehr-Leitungsabschnitt des Lüftungssystems in Richtung der Venturidüse durchströmt werden. Bei im Wesentlichen oder vollständig geschlossener Drosselklappe kann der Umkehr-Leitungsabschnitt des Lüftungssystems hingegen ausgehend von der Venturidüse in Richtung der Ansaugleitung durchströmt werden.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Entlüftungssystems ist zwischen demjenigen Abschnitt der Ansaugleitung hinter dem letzten Element ausgewählt aus der Elementgruppe Drosselklappe, Verdichter und Ladeluftkühler, der mit dem Umkehr-Leitungsabschnitt verbunden ist, und der zweiten Öffnung des Venturirohres, die mit dem Umkehr-Leitungsabschnitt verbunden ist, kein die Richtung der Durchströmung des Umkehr-Leitungsabschnitts regelndes und/oder begrenzendes Element, vorteilhafterweise überhaupt kein den Durchfluß von Gasen regelndes Element, insbesondere kein derartiges aktiv geregeltes Element angeordnet.
Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Ölabscheider, erfindungsgemäßer Entlüftungssysteme und erfindungsgemäßer Verbrennungsmotoren gegeben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass die Beschreibung der Bezugszeichen teilweise nicht wiederholt wird. In den nachfolgenden Beispielen sind neben den gemäß Anspruch 1 wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung jeweils eine Vielzahl von optionalen Weiterbildungen in Kombination miteinander dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, die vorliegende Erfindung durch lediglich jeweils eines der optionalen Merkmale weiterzubilden, oder durch eine Kombination der dargestellten optionalen Merkmale innerhalb eines Beispiels oder auch einer Kombination verschiedener optionaler Merkmale in verschiedenen Beispielen weiterzubilden.
Es zeigen
1 bis 2 einen ersten Verbrennungsmotor nach der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Betriebszuständen;
3 einen erfindungsgemäßen Ölabscheider;
4 einen weiteren erfindungsgemäßen Ölabscheider;
5 ein Druck-Volumenstrom-Diagramm; und
6 bis 7 einen zweiten Verbrennungsmotor nach der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Betriebszuständen.
1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderkurbelgehäuse 82, an dem eine Ölwanne 83 angeordnet ist zum Auffangen des im Motor zirkulierenden Motoröls. Das Kurbelgehäuse 82 ist von einem Zylinderkopf 81 und dieser von einer Ventilhaube/Zylinderkopfhaube 80 bedeckt. Von einem Luftfilter 10 über eine Drosselklappe 11, einen Verdichter 12 und einen Ladeluftkühler 13 wird über eine Verbrennungsluftleitung 4 mit den Abschnitten 4a, 4b, 4c, 4d und 4e Frischluft in den Zylinderkopf 81 zur Verbrennung im Kurbelgehäuse 82 geleitet. Über eine Entlüftungsleitung 5 mit den Abschnitten 5a, 5b, 5c und 5d werden Blow-By-Gase aus dem Kurbelgehäuse 82 abgeleitet. Diese strömen zuerst durch ein Druckregelventil 20 und dann über ein erstes Abscheideelement 21 zu einer Venturidüse 30. Die Entlüftungsleitung endet mit ihrem Abschnitt 5c im Abnahmerohr 31/Unterdruckanschluss 31 der Venturidüse 30. Die Venturidüse 30 wird weiterhin über eine Leitung 6 mit ihrem Druckeinlass 32 mit der Belüftungsleitung 4 in deren Abschnitt 4d, 4e verbunden. Der Gasauslass 33 der Venturidüse 30 ist über den Abschnitt 5d der Entlüftungsleitung 5 mit der Belüftungsleitung 4 im Abschnitt 4a zwischen dem Ladeluftfilter 10 und der Drosselklappe 11 verbunden. Die Abschnitte 5a und 5b werden hier gemeinsam als erster Leitungsabschnitt der Entlüftungsleitung betrachtet, der Abschnitt 5c als Zwischenabschnitt und der Abschnitt 5d als zweiter Leitungsabschnitt der Entlüftungsleitung. Zwischen Einlass 32 und Auslass 33 der Venturidüse 30 ist der Strömungsquerschnitt verengt 34, so dass die durchströmenden Gase beschleunigt werden.
In 1 ist ein Zustand dargestellt, bei dem der Verdichter 12 einen hohen Druck in der Leitung 6 zur Verfügung stellt, insbesondere bei Volllast mit im Wesentlichen oder vollständig geöffneter Drosselklappe. Dementsprechend liegt am Abnahmerohr 31 der Venturidüse 30 ein hoher Unterdruck an. Dieser erhöhte Unterdruck wirkt durch den Ölabscheider 21, die Leitungsabschnitte 5b, 5a und das Druckregelventil 20 bis in das Kurbelgehäuse 82 und senkt dort das Druckniveau ab.
2 zeigt einen Zustand desselben Verbrennungsmotors wie in 1 im Teillastbetrieb. Die Drosselklappe 11 ist nunmehr fast geschlossen, so dass sich der Fluidstrom in der Venturidüse 30 umkehrt und nunmehr Gas über die Leitung 6 von der nunmehrigen Eingangsseite 33 zur jetzigen Ausgangsseite 32 strömt. Der Leitungsabschnitt 6 wird deshalb im Folgenden auch als Umkehr-Leitungsabschnitt bezeichnet. Man beachte in 2 die unterschiedliche Funktion von Auslass und Einlass 32 und 33 im Vergleich zur 1. Zugleich wird aufgrund des hohen Unterdrucks im Leitungsabschnitt 4e der Belüftungsleitung dieses Gas in die Belüftungsleitung 4e und damit in den Zylinderkopf 81 gesaugt. Auch gereinigte Blow-By-Gase strömen vom Ölabscheider 21 über den Leitungsabschnitt 5c und die Leitung 6 in den Ansaugtrakt und weiter in den Zylinderkopf 81. Damit ist auch im Teillast- oder Leerlaufbetrieb eine zuverlässige Entlüftung des Ölabscheiders 21 gewährleistet. Das Rückschlagventil 29 verhindert in diesem Betriebszustand, dass Frischluft aus dem Abschnitt 4a der Ansaugleitung in Richtung der Venturidüse 30 gezogen wird.
Für die vorliegende Erfindung ist es unter anderem eine in diesen Beispielen dargestellte und in den Ansprüchen 11 bis 15 beschriebene, wesentliche, eigenständige und grundsätzliche Weiterbildung, dass das Hauptrohr (Venturirohr) der Venturidüse 30 in beiden Richtungen durchströmbar ist. Zwischen einerseits dem Abzweig des Umkehr-Leitungsabschnitts 6 von den Leitungsabschnitten 4d, 4e hinter dem Verdichter und andererseits dem Hauptrohr der Venturidüse 30 sind dabei keinerlei den Durchstrom von Gasen bezüglich der Durchströmungsrichtung regelnde Elemente, insbesondere keine derartigen aktiv geregelten Elemente (z. B. Rückschlagventile, Druckregelventile etc.) angeordnet. Die Durchströmungsrichtung der Venturidüse wird also lediglich durch die Druckverhältnisse in dem Leitungsabschnitt 4d, 4e der Frischluftleitung 4 von der der Umkehr-Leitungsabschnitt zur Venturidüse 30 führt und den mit der Venturidüse 30 verbundenen Leitungsabschnitten 5c und 5d der Entlüftungsleitung 5 bestimmt. Weiterhin kann auch auch vorgesehen sein, dass in dem hier beschriebenen Umkehr-Leitungsabschnitt 6 ebenfalls keine Elemente angeordnet sind, die den Durchstrom von Gasen der Stärke nach begrenzen oder regeln (z. B. Drosseln, geregelte Ventile etc.), insbesondere nicht strömungsrichtungsabhängig begrenzen oder regeln, insbesondere keine aktiv geregelten Elemente.
3 zeigt einen Ölabscheider gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser Ölabscheider ist als aktiver Ölabscheider 21 mit einem Gehäuse 41 und einer Abscheidekammer 32 mit einem Tellerseparator 43 versehen, dessen Teller hier nicht im Einzelnen dargestellt sind. Der Tellerseparator 43 wird über eine Welle 44 angetrieben. Benachbart zu der Kammer 42 ist eine Antriebskammer 45 vorgesehen, in der eine Turbine als Antriebselement 47 auf derselben Welle 44 wie der Tellerseparator 43 angeordnet ist. Die Turbine 47 wird durch den Öldruck des Motoröls angetrieben und treibt dabei ihrerseits den Tellerseparator 43 an. Abscheidekammer 42 und Antriebskammer 45 sind in dem gemeinsamen Gehäuse 41 angeordnet und über eine Trennwand 46 voneinander getrennt. Dort, wo die Welle 44 diese Trennwand 46 durchbricht, ist eine Dichtung, beispielsweise eine Labyrinthdichtung 48, angeordnet, die zwischen der Antriebskammer 45 und der Abscheidekammer 42 abdichtet. Um zu verhindern, dass Motoröl, das dem Antrieb der Turbine 47 dient, von der Antriebskammer 45 über die Dichtung 48 in die Abscheidekammer 42 gesaugt wird, treibt die Turbine 47 ein Flügelrad 50 als Unterdruckerzeugungsvorrichtung an. Dieses Flügelrad erzeugt auf Seiten der Antriebskammer 45 in jedem Betriebszustand des Ölabscheiders einen Unterdruck gegenüber der Abscheidekammer 42.
Bei sehr hohem Volumenstrom der Blow-By-Gase (beispielsweise unter Volllast eines Verbrennungsmotors) steigt der Druck im Kurbelgehäuse 82 und in der Abscheidekammer 42 an. Durch die Kommunikation zwischen dem Kurbelgehäuse 82 und der Antriebskammer 45 steigt auch der Druck im Antriebsraum 45 an. Dies kann dazu führen, dass Öl aus der Antriebskammer 45 die Dichtung 48 überwindet (sog. Ölreißen) und dem Blow-By-Gas in der Abscheidekammer 42 beigemengt wird, was unerwünscht ist.
Um dies zu verhindern, ist eine Venturidüse 30 gegenüber des Auslasses 49 der Ölabscheidekammer 42 angeordnet. Die Venturidüse 30 ist durch ihren Unterdruckanschluss 31 über die Leitung 5c mit dem Auslass 49 verbunden. Weiterhin weist die Venturidüse einen Drucklufteinlass 32 und einen Druckluftauslass 33, der mit dem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors verbunden werden kann, auf.
In 3 sind Abscheidekammer 42 und Venturidüse 30 als einstückig gefertigtes Bauteil ausgeführt. Hierdurch ergeben sich kurze Wege für das abzuführende gereinigte Gas und das Kondensationsrisiko wird durch die Nutzung der Abwärme der Abscheidekammer 42 in der Venturidüse 30 minimiert. Die Venturidüse 30 ist als geschlossene Venturidüse ausgelegt.
Am Übergang von dem Drucklufteinlass 32 zum Druckluftauslass 33 ist die Düse verengt. An dieser Engstelle 34 werden die Gase beschleunigt und führen so zu einem statischen Unterdruck im Unterdruckanschluss 31. Durch die Venturidüse 30 kann das Druckniveau des Kurbelgehäuses 82 und damit auch der Antriebskammer 45 abgesenkt werden, so dass das Risiko des Ölreißens deutlich vermindert wird. Folglich ist eine ausreichende Ölabscheidung über einen größeren Bereich von Blow-By-Gas-Volumenströmen gewährleistet.
4 zeigt ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Ölabscheiders 21, der grundlegend gleich aufgebaut ist, wie derjenige in 3. Im Unterschied zu 3 ist jedoch eine Venturidüse 30 vorgesehen, die als von dem Gehäuse 41 des Ölabscheiders unabhängiges Bauteil gefertigt ist. Die Venturidüse 30 ist hier als offene Venturidüse ausgelegt.
Grundsätzlich können die Venturidüsen sowohl des Ausführungsbeispiels der 3 als auch des Ausführungsbeispiels der 4 in beide Richtungen von dem Druckfluid durchströmt werden. Lässt man ein ggf. vorhandenes Rückschlagventil 29 außer Acht, so liegt mit der geschlossenen Venturidüse 30 der 30 unabhängig davon, in welche Richtung das Druckfluid durch die Venturidüse strömt (vom Bezugszeichen 32 zum Bezugszeichen 33 oder umgekehrt), am Abnahmerohr/Unterdruckanschluss 31 ein Unterdruck an, während mit der offenen Venturidüse 30 der 4 nur dann ein Unterdruck am Abnahmerohr/Unterdruckanschluss 31 anliegt, wenn das Druckfluid vom Bezugszeichen 33 zum Bezugszeichen 32 durch die Venturidüse strömt.
5 zeigt die Abhängigkeit der Druckdifferenz Δp zwischen dem Einlaß der Abscheidekammer und dem Auslaß der Abscheidekammer in Abhängigkeit vom Volumenstrom V . der Blow-By-Gase. Beim Anstieg des Volumenstroms V . steigt die Druckdifferenz Δp an, bis sie den kritischen Druck Δp_k erreicht, bei dem Ölreißen auftreten kann. Die obere Kurve zeigt dabei den Druckverlauf bei einem herkömmlichen Aktivölabscheider ohne erfindungsgemäße Venturidüse. Der kritische Druck Δp_k wird bei einem Volumenstrom V .₁ erreicht. Die untere Kurve zeigt den Druckverlauf bei einem erfindungsgemäßen Aktivölabscheider. Durch die Venturidüse ist die Druckdifferenz Δp um den Wert ΔΔp abgesenkt, so dass der kritische Druck Δp_k erst bei einem gegenüber V .₁ höheren Volumenstrom V .₂ erreicht wird. Der erfindungsgemäße Ölabscheider verhindert also ein frühzeitiges Einsetzen von Ölreißen.
6 und 7 zeigen für einen zweiten Verbrennungsmotor 1 den Volllastzustand und den Teillastzustand analog zu 1 und 2. Der zweite Verbrennungsmotor unterscheidet sich dabei vom ersten Verbrennungsmotor nur dadurch, dass eine andere Abfolge der Anordnung der Elemente in der Ansaugleitung gewählt ist. Während in 1 und 2 die Drosselklappe 11 zwischen dem Luftfilter 10 und dem Verdichter 12 angeordnet ist und der Ladeluftkühler 13 zwischen dem Verdichter 12 und dem Zylinderkopf 81 folgt, ist die Abfolge im Verbrennungsmotor 1 der 6 und 7 Luftfilter 10, Verdichter 12, Ladeluftkühler 13, Drosselklappe 11, Verbrennungsmotor 81. Der Leitungsabschnitt 4a verbindet hier also Luftfilter 10 und Verdichter 12, der Leitungsabschnitt 4b den Verdichter 12 mit dem Ladeluftkühler 13, der Leitungsabschnitt 4c den Ladeluftkühler 13 mit der Drosselklappe 11 und der Leitungsabschnitt 4d die Drosselklappe mit dem Leitungsabschnitt 4e, der nach der Öffnung des Umkehr-Leitungsabschnitts 6 zum Zylinderkopf 81 führt.

Claims

Ölabscheider zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus Gasen mit einer Abscheidekammer (42), wobei die Abscheidekammer (42) einen Einlaß für zu reinigende Gase und einen Auslaß (49) für gereinigte Gase aufweist und in der Abscheidekammer (42) ein Abscheideelement (43) zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus den Gasen drehbar angeordnet ist, einer Antriebskammer (45), in der ein Antriebselement (47) angeordnet ist, einer Welle (44), die sich von der Antriebskammer (45) zur Abscheidekammer (42) erstreckt, und die das Antriebselement (47) mit dem Abscheideelement (43) verbindet, gekennzeichnet durch eine Venturidüse (30) oder Saugstrahlpumpe, deren Abnahmerohr (31) mit dem Auslaß (49) des Ölabscheiders verbunden ist.
Ölabscheider nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasströmung zwischen der Abscheidekammer (42) und der Venturidüse (30) ein Druckregelventil oder ein Sperrventil angeordnet ist.
Ölabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheideelement (43) ein Tellerseparator ist.
Ölabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (47) ein mechanisch, elektrisch und/oder hydraulisch angetriebenes, insbesondere ein mittels Öl angetriebenes Antriebselement, insbesondere eine Turbine, ist.
Ölabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (47) ein elektrisches oder elektrostatisches Antriebselement ist.
Ölabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidekammer (42) und die Antriebskammer (45) mittels einer Trennwand (46) voneinander getrennt sind und die Welle (44) die Trennwand (46) in einem abgedichteten Bereich, insbesondere in einem durch eine Labyrinthdichtung (48) abgedichteten Bereich, durchdringt.
Ölabscheider nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine in der Antriebskammer (45) angeordnete Vorrichtung (50) zur Erzeugung eines auf den abgedichteten Bereich wirkenden Unterdrucks.
Ölabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidekammer (42) zumindest abschnittsweise von einem Gehäuse (41) mit einer Gehäusewand (41a) umgeben ist, wobei das Venturirohr der Venturidüse (30) einstückig mit der Gehäusewand (41a) gebildet ist.
Ölabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (46) drehbar in der Antriebskammer (45) angeordnet ist,
Entlüftungssystem für Blow-By-Gase eines Verbrennungsmotors (1) mit einem Kurbelgehäuse (82) sowie mit einer Entlüftungsleitung (5) zwischen dem Kurbelgehäuse (82) und dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors (1), dadurch gekennzeichnet, dass in der Entlüftungsleitung (5) ein Ölabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist, wobei die Entlüftungsleitung das Kurbelgehäuse (82) über einen ersten Leitungsabschnitt (5a, 5b) mit dem Einlaß des Ölabscheiders verbindet und eine erste Öffnung (33) des Venturirohrs der Venturidüse, die für Treibgase als Auslass dient, über einen zweiten Leitungsabschnitt (5d) mit dem Ansaugtrakt verbindet.
Entlüftungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugtrakt eine Ansaugleitung (4) aufweist, in der ein Luftfilter (10), eine Drosselklappe (11), ein Verdichter (12) und ein Ladeluftkühler (13) angeordnet sind und ein zweiter Leitungsabschnitt (5d) der Entlüftungsleitung die Venturidüse (30) mit einem Abschnitt (4a) der Ansaugleitung zwischen dem Luftfilter (10) und dem dem Luftfilter nächstgelegenen Element der Elementgruppe Drosselklappe (11), Verdichter (12) und Ladeluftkühler (13) verbindet.
Entlüftungssystem nach Ansprüche 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Öffnung (32) des Venturirohrs der Venturidüse (30), die für Treibgase als Einlass dient, über einen Umkehr-Leitungsabschnitt (6) mit einem Abschnitt der Ansaugleitung (4c, 4d) nach dem Verdichter (12) verbunden ist.
Entlüftungssystem nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftungssystem (4, 5) derart ausgebildet ist, dass bei im Wesentlichen oder vollständig geöffneter Drosselklappe (11) der Umkehr-Leitungsabschnitt (6) des Lüftungssystems (4, 5) in Richtung der Venturidüse (30) durchströmt wird.
Entlüftungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftungssystem (4, 5) derart ausgebildet ist, dass bei im Wesentlichen oder vollständig geschlossener Drosselklappe (11) der Umkehr-Leitungsabschnitt (6) des Lüftungssystems ausgehend von der Venturidüse (30) in Richtung der Ansaugleitung (4e) durchströmt wird.
Entlüftungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abschnitt der Ansaugleitung (4d) nach dem Verdichter (12), der mit dem Umkehr-Leitungsabschnitt (6) verbunden ist, und der zweiten Öffnung des Venturirohres, die mit dem Umkehr-Leitungsabschnitt (6) verbunden ist, kein die Richtung der Durchströmung des Umkehr-Leitungsabschnitts (6) regelndes und/oder begrenzendes Element, vorteilhafterweise überhaupt kein den Durchfluß von Gasen regelndes Element, insbesondere kein derartiges aktiv geregeltes Element angeordnet ist.
Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse (82) und/oder einer Ölwanne (83) und einem Ansaugtrakt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kurbelgehäuse (82) oder der Ölwanne (83) und dem Ansaugtrakt ein Entlüftungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15 angeordnet ist.