DE112015006228T5

DE112015006228T5 - Mehrstufige rotierende Tropfenabscheidervorrichtungen

Info

Publication number: DE112015006228T5
Application number: DE112015006228.9T
Authority: DE
Inventors: Arun P. Janakiraman; Scott P. Heckel; Brian W. Schwandt; Jerald J. Moy; Himani Deshpande
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2017-11-09
Also published as: CN107405556A; US20180117512A1; CN107405556B; WO2016159951A1; US10543442B2

Abstract

Es werden mehrstufige rotierende Tropfenabscheidervorrichtungen offenbart, die eine erste und eine zweite Stufe umfassen. Die erste Stufe kann ein rotierendes Koaleszenzelement, das Koaleszenzmedium umfasst, beinhalten. Die zweite Stufe ist der ersten Stufe entweder vor- oder nachgeschaltet. Die zweite Stufe kann entweder Folgendes beinhalten: (i) einen rotierenden Tellerseparator; oder (ii) ein separates rotierendes Koaleszenzelement, das Koaleszenzmedium umfasst.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Das Gebiet der Erfindung betrifft Tropfenabscheidervorrichtungen. Insbesondere betrifft das Gebiet der Erfindung Tropfenabscheidervorrichtungen, die mehrere rotierende Trennelemente umfassen.
HINTERGRUND
Rotierende Tropfenabscheider kommen in Kurbelgehäuseentlüftungssystemen (CV) zur Anwendung, um Öl aus den Blow-by-Gasen des Kurbelgehäuses zu entfernen. Typischerweise treten die Blow-by-Gase in die rotierende Tropfenabscheidervorrichtung axial in der Mitte der Vorrichtung ein. Die Gase werden um 90 Grad umgelenkt, passieren einen Abschnitt des rotierenden Tropfenabscheiders und treten aus der rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung radial aus ihrer Außenfläche aus. Die rotierende Tropfenabscheidervorrichtung als solche ist ringförmig und der Raum in der Mitte des Rings ist entweder nach links offen gelassen oder beinhaltet optional radiale Schaufeln, die das Strömen durch die Vorrichtung erleichtern.
Rotierende Tropfenabscheider können Gewebefilter sowie zentrifugale Trennvorrichtungen beinhalten. Leistungseigenschaften von rotierenden Tropfenabscheidervorrichtungen können in Form von Druckabfall (oder -anstieg) durch die Vorrichtung und den Wirkungsgrad der Ölabscheidung gemessen werden. Bei rotierenden Tropfenabscheidervorrichtungen werden die von den Blow-by-Gasen suspendierten und transportierten Öltröpfchen (z. B. Aerosol) im Koaleszenzmedium durch die Partikelfangmechanismen Trägheitsimpaktion, Abfangen und Diffusion getrennt. Durch Rotieren des Mediums wird die Trägheitsimpaktion durch die zusätzliche Zentrifugalkraft verstärkt. Zusätzlich zu diesem Aspekt entfernt die Zentrifugalkraft, nachdem die Öltröpfchen zur Bildung von größeren Tropfen koaleszieren, die größeren Tropfen durch Überwindung der Schleppreibung der Medienfasern. Dieser Aspekt verstärkt die Koaleszenz des Öls vom Tropfenabscheider, indem er ein verbessertes Ablaufen im Vergleich zu einem stationären Tropfenabscheider bietet. Das verbesserte Ablaufen vom rotierenden Koaleszenzfilter unterstützt wiederum die Filtrationseffizienz und vermindert erheblich den Druckabfall über den Filter hinweg.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden verschiedene Ausführungsformen beschrieben, die mehrstufige rotierende Tropfenabscheidervorrichtungen betreffen, die erhöhte Effizienz und verminderten Druckabfall aufweisen. [sic!] Eine Stufe der Vorrichtung ist ein rotierendes Koaleszenzelement. Die Vorrichtungen können ein zusätzliches Trennelement beinhalten, das dem rotierenden Koaleszenzelement entweder vor- oder nachgeschaltet ist, das einen Tellerseparator oder ein zusätzliches rotierendes Koaleszenzelement beinhalten kann.
Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine mehrstufige rotierende Tropfenabscheidervorrichtung. Die mehrstufige rotierende Tropfenabscheidervorrichtung beinhaltet eine erste Stufe, die ein rotierendes Koaleszenzelement beinhaltet. Das rotierende Koaleszenzelement beinhaltet Koaleszenzmedium. Die Vorrichtung beinhaltet eine zweite Stufe. Die zweite Stufe ist der ersten Stufe entweder vor- oder nachgeschaltet. Die zweite Stufe beinhaltet entweder einen rotierenden Tellerseparator oder ein separates rotierendes Koaleszenzelement, das Koaleszenzmedium aufweist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein rotierendes Tropfenabscheidersystem. Das System beinhaltet ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass. Der Einlass ist zur Aufnahme der Blow-by-Gase von einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors konfiguriert. Der Auslass ist zum Ausbringen von gefilterter Luft konfiguriert. Das System beinhaltet ferner einen rotierenden Tropfenabscheider, der in dem Gehäuse angeordnet ist. Der rotierende Tropfenabscheider beinhaltet eine erste Endplatte und eine zweite Endplatte. Ein Spiralschaufel-Vorabscheider ist zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet. Der Spiralschaufel-Vorabscheider beinhaltet eine Vielzahl von gekrümmten Schaufeln, die bei rotierendem Spiralschaufel-Vorabscheider das Abscheiden eines Öls aus dem Blow-by-Gas und das Pumpen des Blow-by-Gases bewirken. Der rotierende Tropfenabscheider beinhaltet weiterhin ein Koaleszenzelement, das den Spiralschaufel-Vorabscheider an seinem Umfang umgibt und zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet ist. Das Koaleszenzelement besteht aus Koaleszenzmedium. Der rotierende Tropfenabscheider beinhaltet einen mit der ersten Endplatte gegenüber dem Spiralschaufel-Vorabscheider und dem Koaleszenzelement gekoppelten Entwirbler.
Diese und andere Merkmale sowie die Organisation und Art ihrer Betätigung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, wobei gleiche Elemente in den verschiedenen, nachstehend beschriebenen Zeichnungen durchgehend gleiche Bezugszeichen haben.
KURZBESCHREIBUNGEN DER DARSTELLUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht einer Tropfenabscheidervorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsnahansicht der Tropfenabscheidervorrichtung nach 1.
3 ist eine Querschnittsansicht einer rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
4 ist eine Querschnittsansicht einer rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung nach noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
5 ist eine Querschnittsansicht einer Tropfenabscheidervorrichtung nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
6 ist eine Querschnittsansicht einer rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung nach noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
7 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Tropfenabscheidervorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform.
8 u. 9 sind Querschnittsansichten der Endplatten des rotierenden Tropfenabscheiders nach 7.
10 ist eine Querschnittsansicht des rotierenden Tropfenabscheiders nach 7, der in ein Gehäuse eingebaut ist und an den ein Entwirbler angebaut ist.
11 ist eine Querschnittsansicht des Entwirblers nach 10.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren allgemein werden mehrstufige rotierende Tropfenabscheidervorrichtungen beschrieben. Die mehrstufigen rotierenden Tropfenabscheidervorrichtungen weisen Vorteile gegenüber rotierenden Tropfenabscheidervorrichtungen nach dem Stand der Technik auf. In einigen Ausführungsformen können die hiermit offengelegten Vorrichtungen ein integriertes Koaleszenzelement aufweisen, das einem Zentrifugal-Tellerseparator vor- oder nachgeschaltet ist, um die Effizienz und Pumpleistung der Vorrichtungen zu verbessern. Die Vorrichtungen können zwei Aerosolabscheidestufen (z. B. für Rotationsabscheider) beinhalten. In weiteren Ausführungsformen können die hiermit offengelegten Vorrichtungen auch eine Verkleidung beinhalten, die Öl auffängt und das aufgefangene Öl aus dem Zwischenraum zwischen dem Tellerseparator und dem Koaleszenzelement ablaufen lässt. In noch weiteren Ausführungsformen kann in die Vorrichtungen ein einem Koaleszenzelement nachgeschalteter Tellerseparator in einer Outside-in-Konfiguration integriert sein, um die Gesamtleistung zu verbessern und den Luft-/Ölstrom durch die Vorrichtung besser aufzunehmen.
In einigen Ausführungsformen können die offengelegten Vorrichtungen ein rotierendes Sekundär-Koaleszenzelement beinhalten, das einem rotierenden Primär-Koaleszenzelement nachgeschaltet ist, wobei der Strom durch das rotierende Primärelement von innen nach außen und der Strom durch das rotierende Sekundärelement von außen nach innen erfolgt. Die beiden rotierenden Elemente können dieselbe Grundplatte gemeinsam nutzen. Die Primär- und Sekundärelemente rotieren auf Einzelantriebs- oder Mehrfachantriebs-Mechanismen, die eine einzige oder mehrere Wellen nutzen und mehrere Dichtungen aufweisen. Durch Rotation des Primär- und Sekundärelements in den hiermit offengelegten Vorrichtungen kann eine kontinuierliche Selbstreinigung des Mediums der Elemente und ein verstärktes Koaleszieren der Tröpfchen bereitgestellt werden. Die Faserarchitektur des Mediums des Primär- und Sekundärelements kann dieselbe oder unterschiedlich sein und optional eine oleophobe Aufbereitung beinhalten. Beispielsweise kann das Medium des Sekundärelements ein oleophobes Sieb sein, das Ölverschleppung verhindert und die Pumpwirkung der Vorrichtung verstärkt.
Bezugnehmend auf 1 wird eine Querschnittsdarstellung einer rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Tropfenabscheidervorrichtung 100 beinhaltet einen Zentrifugal-Tellerseparator 102, der in der Mitte der Tropfenabscheidervorrichtung 100 angeordnet ist. Der Tellerseparator 102 wirkt als Vorreiniger, indem er eine erste Stufe der Trägheitsabscheidung von Aerosol (z. B. Öl) aus Blow-by-Gasen, die in den Einlass 104 eintreten, bereitstellt, bevor die Blow-by-Gase das Koaleszenzelement 106 passieren. Das Koaleszenzelement 106 besteht aus einem Koaleszenzmedium. Das Koaleszenzelement 106 ist eine zweite Stufe der Abscheidung von Aerosol aus den Blow-by-Gasen. Die Vorreinigung vermindert durch Vorabfangen eines gewissen Anteils des in den Blow-by-Gasen des Kurbelgehäuses enthaltenen Gesamt-Ölaerosols die Gesamt-Ölmenge, die das Koaleszenzelement 106 abscheiden muss. Der Tellerseparator 102 erhöht ebenfalls die Pumpmenge des Blow-by-Gasstroms in der Tropfenabscheidervorrichtung 100. Zusätzlich unterstützt der Tellerseparator 102 ebenfalls die gleichmäßige Verteilung des Stroms über die Einlassfläche des Koaleszenzelements 106, wodurch er die Leistung des Koaleszenzelements 106 erhöht.
Während des Betriebs der Tropfenabscheidervorrichtung 100 sind sowohl der Tellerseparator 102 als auch das Koaleszenzelement 106 an eine Welle 108 gekoppelt, die durch die Mitte der Tropfenabscheidervorrichtung 100 hindurchgeht, und werden von ihr gedreht. In einigen Anordnungen ist die Welle 108 hohl und stellt den Einlass in die Tropfenabscheidervorrichtung 100 bereit. Der Blow-by-Gasstrom tritt in die Mitte eines Gehäuses 110 der Vorrichtung 100, in das Innere des Tellerseparators 102, über den Einlass 104 ein. Im Tellerseparator 102 fließt das Blow-by-Gas radial nach außen, wobei mindestens ein Teil des Aerosols im Blow-by-Gas aufgrund der Zentrifugalimpaktion des Aerosols auf die Oberflächen des Tellerseparators 102 entfernt wird. Der Tellerseparator 102 führt dem Blow-by-Gasstrom weiterhin zusätzliche mechanische Energie zu, indem er den Blow-by-Gasstrom in tangentialer Richtung bezogen auf die Mittelachse der Tropfenabscheidervorrichtung 100 beschleunigt. Die dem Blow-by-Gas vom Tellerseparator 102 zugeführte zusätzliche mechanische Energie bewirkt einen Pumpeffekt, ähnlich der Aktion einer Pumpe, die den durch die Tropfenabscheidervorrichtung 100 verursachten Druckabfall vermindert. Nach dem Austreten aus dem Tellerseparator 102 tritt der Blow-by-Gasstrom in das Koaleszenzelement 106 ein, in dem zusätzliche Filtration (z. B. Koaleszieren des Aerosols im Blow-by-Gas) und Pumpen erfolgt. Nach dem Austreten aus der Tropfenabscheidervorrichtung 100 wird der Blow-by-Strom entweder zur Atmosphäre abgelassen (wie es z. B. in einem offenen CV-System der Fall ist) oder zu einem Ansaugstrom (z. B. zum Turboladereinlass) des Verbrennungsmotors zur Verbrennung zurückgeführt (wie es z. B. in einem geschlossenen CV-System der Fall ist).
Bezugnehmend auf 2 wird eine vergrößerte Querschnittsansicht der Tropfenabscheidervorrichtung 100 gezeigt. 2 zeigt den Blow-by-Gasstrom, der durch den Tellerseparator 102 und das Koaleszenzelement 106 fließt. Wie in 2 dargestellt, umfasst der Tellerseparator 102 eine Vielzahl von Konen 202. Die Konen 202 sind beabstandet, um eine Vielzahl von Strömungsbahnen zwischen Paaren aneinander angrenzender Konen 202 bereitzustellen. Jeder der Konen 202 beinhaltet eine Krümmung, die die Zentrifugalimpaktion des Aerosols auf die Oberflächen des Tellerseparators 102 bewirkt, wie vorstehend behandelt.
3 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Tropfenabscheidervorrichtung 300 nach einem Ausführungsbeispiel. Die Tropfenabscheidervorrichtung 300 ist eine rotierende Tropfenabscheidervorrichtung. Ähnlich der Tropfenabscheidervorrichtung 100 beinhaltet die Tropfenabscheidervorrichtung 300 einen Tellerseparator 302 und ein Koaleszenzelement 304, das Koaleszenzmedium umfasst. Der Tellerseparator 302 und das Koaleszenzmedium sind innerhalb eines Gehäuses 306 angeordnet. Während des Betriebs werden der Tellerseparator 302 und das Koaleszenzelement 304 um eine Mittelachse 308 rotiert, ähnlich wie vorstehend in Bezug auf die Tropfenabscheidervorrichtung 100 beschrieben. Die Tropfenabscheidervorrichtung 300 trennt Öl 310 von einem Strom 312 von Aerosol enthaltenden Blow-by-Gasen. In einigen Anordnungen beinhalten die Konen 314 des Tellerseparators Abstandshalter (z. B. erhabene Grate, Rippen, Punkte usw.), die in einer geraden Linie oder Kurve nach außen verlaufen. Diese Abstandshalter stellen die Trennung zwischen den Konen 314 bereit. Die Tropfenabscheidervorrichtung 300 beinhaltet eine Verkleidung 316, die Öl 310 auffängt, das aus dem Tellerseparator 302 austritt. Das aufgefangene Öl 310 fällt durch Schwerkraft an der Verkleidungsoberfläche nach unten auf den Boden des Drehmoduls 318. Das Drehmodul 318 nimmt den Tellerseparator 302 und das Koaleszenzelement 304 zur Drehung innerhalb des Gehäuses 306 auf. Der offene Bereich unter der Verkleidung 316, der zum Koaleszenzelement 304 führt, ist so angeordnet, dass das aufgefangene Öl 310 nicht zum Koaleszenzelement 304 verschleppt wird und stattdessen am Boden des Drehmoduls 318 aufgefangen wird, wo es durch einen Vorabscheiderablauf 320 abläuft. Der Vorabscheiderablauf 320 dreht sich mit dem Drehmodul 318. Der Vorabscheiderablauf 320 ist basierend auf der Druckdifferenz auf beiden Seiten des Drehmoduls 318 dimensioniert und angeordnet, um das Ablaufen des abgeschiedenen Öls 310 durch Schwerkraft zu ermöglichen. Die Abmessungen des Vorabscheiderablaufs 320 sind so gewählt, dass die Möglichkeit, dass der Blow-by-Gasstrom vom Tellerseparator 302 das Koaleszenzelement 304 durch Ausströmen aus dem Vorabscheiderablauf 320 umgeht, minimiert wird. Die Größe des Vorabscheiderablaufs 320 ist auch mindestens teilweise basierend auf der durch den Tellerseparator 302 erzeugten Pumpkraft dimensioniert. Abgeschiedenes Öl 310 fließt nicht durch den Einlass zurück, da das Drehmodul 318 gegen das Gehäuse 310 durch mindestens eine Dichtung 322 (als zwei Dichtungen dargestellt) abgedichtet ist. Über den Tellerseparator 302 und das Koaleszenzelement 304 abgeschiedenes Öl 310 wird aus dem Gehäuse über einen Gehäuseablauf 324 abgeleitet.
4 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Tropfenabscheidervorrichtung 400 nach einem Ausführungsbeispiel. Die Tropfenabscheidervorrichtung 400 beinhaltet einen Tellerseparator 402, der als Trägheits-Nachabscheider wirkt, und ein Koaleszenzmedium umfassendes rotierendes Koaleszenzelement 404. Der Tellerseparator 402 wirkt als Trägheits-Nachabscheider, da der Tellerseparator 402 dem rotierenden Koaleszenzelement 404 bezogen auf den Bypass-Gasstrom 406 nachgeschaltet ist. Der Tellerseparator 402 und das Koaleszenzelement 404 werden auf ähnliche Weise rotiert wie vorstehend in Bezug auf die Vorrichtungen 100 und 300 beschrieben, um das Pumpen und Abscheiden von Öl aus dem Bypass-Gasstrom 406 zu bewirken. In der Tropfenabscheidervorrichtung 400 wird ein oberer Abschnitt des Koaleszenzelements gegenüber dem Einlass 408 in einem unteren Abschnitt des Tellerseparators 402 aufgenommen, der zum Leiten des Öls 410 zum Ablauf 412 des Gehäuses 414 dient. In der Tropfenabscheidervorrichtung 400 können Schlitze oder Löcher bereitgestellt sein, um das Ablaufen zu verbessern und eine Ölverschleppung zu verhindern.
5 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung 500 nach einem anderen Ausführungsbeispiel. Die rotierende Tropfenabscheidervorrichtung 500 beinhaltet einen Tellerseparator 502, der einem Koaleszenzelement 504 in einer Strömungskonfiguration von innen nach außen nachgeschaltet ist. Die Tropfenabscheidervorrichtung 500 nach 5 ist dazu konzipiert, Ölverschleppung zu vermindern und mitgerissene Tröpfchen abzutrennen. Die Tropfenabscheidervorrichtung 500 kann besonders wünschenswert für Tropfenabscheider mit einem (z. B. aufgrund der Platzknappheit auf einer an den Motor angebauten Vorrichtung) diametral verengtem Gehäuse sein, wo das Verschleppen von Öl besonders kritisch ist. In der rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung 500 weist der Nachabscheider-Tellerseparator 502 einen Strom von innen nach außen auf und das mitgerissene Öl wird aufgrund der Zentrifugalkraft von der Vorrichtung weggeschleudert. Abgeschiedenes Öl tritt aus dem Gehäuse 506 durch einen Ablauf 508 aus. Der Tellerseparator 502 ist dafür geformt, den Blow-by-Gasstrom zum Ablauf 508 zu leiten. Der Tellerseparator 502 beinhaltet Schlitze oder Löcher 510, um die koaleszierten Tröpfchen durch Schwerkraft und durch positiven Pumpdruck, der durch die Rotation des Koaleszenzelements 504 und des Tellerseparators 502 entsteht, ablaufen zu lassen. Das Medium des Koaleszenzelements 504 kann in den Tellerseparator 502 eingebettet oder an ihn gekoppelt sein.
Bezugnehmend auf 6 wird eine Querschnittsdarstellung einer rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung 600 nach einem anderen Ausführungsbeispiel gezeigt. Die rotierende Tropfenabscheidervorrichtung 600 beinhaltet ein rotierendes Primär-Koaleszenzelement 602 und ein nachgeschaltetes Sekundär-Koaleszenzelement 604. Sowohl die rotierenden Primär- als auch Sekundär-Koaleszenzelemente 602 und 604 rotieren, um die Abscheidung von Öl aus dem Blow-by-Gas, das die rotierende Tropfenabscheidervorrichtung 600 passiert, und das Pumpen von diesem zu bewirken. Sowohl die rotierenden Primär- als auch Sekundär-Koaleszenzelemente 602 und 604 bestehen aus Filtermedium. Das Sekundärelement 604 kann entweder aus ähnlichem Filtermedium-Material oder einem anderen Mediummaterialtyp wie das Primär-Koaleszenzelement 602 bestehen. Die beiden Koaleszenzelemente 602 und 604 werden durch eine Sperre 606 getrennt, die zwischen den beiden Elementen 602 und 604 angeordnet ist. Die Sperre 606 gewährleistet, dass Bypass-Gas zuerst durch das Primär-Koaleszenzelement 602 (nach einem Strömungsbild von innen nach außen) und dann durch das Sekundär-Koaleszenzelement 604 (in einem Strömungsbild von außen nach innen) fließt. Die Sperre 606 gewährleistet, dass die durch die beiden Koaleszenzelemente 602 und 604 fließenden Bypass-Gase sich nicht vermischen. Die Primär- und Sekundär-Koaleszenzelemente 602 und 604 werden entweder mit einer einzigen Welle oder mehreren Wellen gedreht, die von einem einzigen Antriebsmechanismus oder mehreren Antriebsmechanismen angetrieben werden. Der Bypass-Strom tritt durch den Einlass 608 auf der vorgelagerten Seite ein und tritt dann radial aus dem Primär-Koaleszenzelement 602 aus. Der Strom fließt dann auf seinem Weg zur nachgelagerten Reinseite durch ein rotierendes Sekundär-Koaleszenzelement 604. Während das Bypass-Gas durch das Sekundär-Koaleszenzelement 604 fließt, fängt das Sekundär-Koaleszenzelement 604 alle mitgerissenen Öltröpfchen und überschüssiges verschlepptes Öl ab, wodurch der Luftstrom auf der nachgelagerten Seite völlig ölfrei wird. Das Sekundär-Koaleszenzelement 604 entfernt jegliches verschlepptes Öl, das nicht zuvor aus der Vorrichtung abgeflossen ist. Jedes weitere verschleppte Öl muss die durch das rotierende Sekundärelement erzeugte Zentrifugalkraft überwinden. Reine Luft tritt aus dem Gehäuse 610 durch einen Auslass 612 aus. Abgeschiedenes Öl tritt aus dem Gehäuse durch einen Ablauf 614 aus.
Bezugnehmend auf 7 wird eine perspektivische Querschnittsdarstellung eines rotierenden Tropfenabscheiders 700 nach noch einem anderen Ausführungsbeispiel gezeigt. Der rotierende Tropfenabscheider 700 trennt Öl vom Blow-by-Gas ab, das in den rotierenden Tropfenabscheider 700 durch einen mittigen Einlass 702 eintritt. Der rotierende Tropfenabscheider 700 ist ein zweistufiger Tropfenabscheider. Das Blow-by-Gas wird zuerst vom mittigen Einlass 702 durch einen Spiralschaufel-Vorabscheider 704 in einer Strömungsrichtung von innen nach außen geführt. Nach dem Durchströmen des Spiralschaufel-Vorabscheiders 704 wird das Blow-by-Gas durch ein Koaleszenzelement 706 geführt. Das Koaleszenzelement 706 besteht aus Koaleszenz-Filtermedium. Das Koaleszenzelement 706 umgibt den Spiralschaufel-Vorabscheider 704 an seinem Umfang. Der Spiralschaufel-Vorabscheider 704 und das Koaleszenzelement 706 werden beide um eine Mittelachse gedreht, um das Pumpen des Blow-by-Gases durch den rotierenden Tropfenabscheider 700 zu bewirken und um die Abscheidung des Öls aus dem Blow-by-Gas zu bewirken. Der Spiralschaufel-Vorabscheider 704 trennt das größere Aerosol im Blow-by-Gas ab und vermindert damit das Risiko, dass das Koaleszenzelement 706 durch die im Blow-by-Gas enthaltene hochviskose Emulsion oder den Ruß zugesetzt wird. Entsprechend erhöht der Spiralschaufel-Vorabscheider 704 die Lebensdauer des Koaleszenzelements 706.
Der Spiralschaufel-Vorabscheider 704 und das Koaleszenzelement 706 sind jeweils an eine erste Endplatte 708 und eine zweite Endplatte 710 gekoppelt. Die erste Endplatte 708 ist fest. Die zweite Endplatte 710 beinhaltet einen zentralen Einlass 702. Die erste Endplatte 708 und die zweite Endplatte 710 dichten die Reinseite des rotierenden Tropfenabscheiders 700 gegen die unreine Seite des rotierenden Tropfenabscheiders 700 ab, so dass das Blow-by-Gas den rotierenden Tropfenabscheider 700 nicht umgehen kann. Die erste Endplatte 708 beinhaltet eine Verkleidung 712. Die Verkleidung 712 leitet abgeschiedenes Öl, das aus dem Spiralschaufel-Vorabscheider 704 austritt, durch Schwerkraft zur zweiten Endplatte 710. Die Verkleidung 712 umgibt den Spiralschaufel-Vorabscheider 704. Das abgeschiedene Öl fällt von der Verkleidung ab und tritt durch eine Drainagebohrung 714 in der zweiten Endplatte 710 aus, um aus einem Gehäuse des rotierenden Tropfenabscheiders 700 abzufließen. In einigen Anordnungen ist eine Vielzahl von Drainagebohrungen 714 entlang der zweiten Endplatte 710 angeordnet (z. B. wie in 9 dargestellt). Die erste Endplatte 708 ist ebenfalls an eine Welle 716 gekoppelt, die das Drehen des rotierenden Tropfenabscheiders 700 bewirkt. Die zweite Endplatte beinhaltet ein oleophobes Sieb 718. Das oleophobe Sieb 718 umgibt den Spiralschaufel-Vorabscheider 704. Das oleophobe Sieb 718 ist ein oleophobes Medium oder Sieb, das abgeschiedenes Öl, das aus dem Spiralschaufel-Vorabscheider 704 austritt, durch Schwerkraft zur zweiten Endplatte 710 leitet, so dass das abgeschiedene Öl aus der Drainagebohrung 714 austreten kann. Durch das oleophobe Sieb kann das Blow-by-Gas durch das oleophobe Sieb 718 und in das Koaleszenzelement 706 strömen. Das oleophobe Sieb 718 ist radial gegen die Verkleidung 712 bezogen auf eine Mittelachse des rotierenden Tropfenabscheiders 700 versetzt, so dass das oleophobe Sieb 718 von der Mittelachse weiter entfernt ist als die Verkleidung 712 (z. B. wie am Besten in 9 dargestellt). Das oleophobe Sieb 718 lässt abgeschiedenes Öl abperlen und lässt das abgeschiedene Öl zur zweiten Endplatte 710 und aus der Drainagebohrung 714 ablaufen. In einigen Anordnungen berührt das oleophobe Sieb 718 das Koaleszenzelement 706 und bietet dem Koaleszenzelement 706 strukturelle Unterstützung. Ein axialer Spalt 720 besteht zwischen der Verkleidung 712 und dem oleophoben Sieb 718, so dass das Blow-by-Gas vom Spiralschaufel-Vorabscheider 704 zum Koaleszenzelement 706 strömen kann. Der Spalt 720 ist so dimensioniert, dass die Möglichkeit, dass vom Spiralschaufel-Vorabscheider 704 abgeschiedene Öltröpfchen das Koaleszenzelement 706 berühren, minimiert wird.
Bezugnehmend auf 8 und 9 sind Querschnittsansichten der Endplatten 708 und 710 des rotierenden Tropfenabscheiders 700 dargestellt. 8 zeigt eine Querschnittsansicht, die die erste Endplatte 708 abbildet. 9 zeigt eine Querschnittsansicht, die die zweite Endplatte 710 zeigt. Wie in 8 und 9 dargestellt, beinhaltet der Spiralschaufel-Vorabscheider 704 eine Vielzahl von Schaufeln 722. Jede der Schaufeln 722 ist von den anderen beabstandet, um das Strömen von Blow-by-Gas zwischen aneinander angrenzenden Schaufeln zu ermöglichen. Jede der Schaufeln 722 ist gekrümmt. Die Krümmung der Schaufeln 722 ist so ausgewählt, dass sie beim Drehen des rotierenden Tropfenabscheiders 700 eine Pumpwirkung beim Blow-by-Gas entstehen lässt. Darüber hinaus stellt die Krümmung der Schaufeln 722 eine Aufprallfläche für das im Blow-by-Gas enthaltene Öl, das einer Trägheitsabscheidung von der Luft im Blow-by-Gas unterzogen werden soll, bereit. Während des Betriebs werden abgeschiedene und koaleszierte Öltröpfchen aufgrund des radialen Flusses der Strömung entlang der Wände der Schaufeln 722 geschoben und können entweder auf die Verkleidung 712 auftreffen oder zur Unterseite der zweiten Endplatte 710 ablaufen. Das Ablaufen des Öls aus der Drainagebohrung 714 kann während des Betriebs erfolgen, oder nachdem der rotierende Tropfenabscheider 700 das Drehen beendet oder das Drehen verlangsamt hat (z. B. nach Abstellen des Motors).
Es wird Bezug auf 10 genommen, wo eine Querschnittsansicht des in einem Gehäuse 1002 eingebauten rotierenden Tropfenabscheiders 700 gezeigt wird. In der Anordnung von 10 ist die erste Endplatte 708 mit einem Entwirbler 1004 ausgerüstet. Der Entwirbler 1004 vermindert die Rotation der aus dem rotierenden Tropfenabscheider 700 austretenden gefilterten Luft, was zu einer gleichmäßigeren Strömung der gefilterten Luft aus dem Gehäuse 1002 führt. Die aus dem rotierenden Tropfenabscheider 700 austretende Luft ist eine Wirbelströmung. Die aus dem rotierenden Tropfenabscheider 700 austretende Wirbelströmung wird sich aufgrund der Nähe zur feststehenden Wand des Gehäuses 1002 verlangsamen. In dem Maße, wie sich jedoch die Wirbelströmung dem Auslass 1006 des Gehäuses 1002 nähert, wird die Wirbelströmung beginnen, sich aufgrund der Drehimpulserhaltung schneller zu drehen. Entsprechend wird die Wirbelströmung die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Tropfenabscheiders 700 an irgendeiner radialen Stelle entlang der ersten Endplatte 708 erreichen, wenn er nicht zum Stillstand gebracht wird. Entsprechend ist der Entwirbler 1004 dazu konfiguriert, die Rotationsgeschwindigkeit der Wirbelströmung zu vermindern. Wie in 11 dargestellt, beinhaltet der Entwirbler 1004 eine Vielzahl von Schaufeln 1008. Die Schaufeln 1008 sind in Gegenrichtung der Schaufeln 722 des Spiralschaufel-Vorabscheiders 704 gekrümmt. Die Schaufeln 1008 lenken die Wirbelströmung der gefilterten Luft in die Gegenrichtung der Rotation der Wirbelströmung, wodurch die Rotationsgeschwindigkeit der gefilterten Luft auf einen kleinen Wert reduziert wird. Durch Glätten der Wirbelströmung sinkt der Druckabfall des rotierenden Tropfenabscheiders 700. Weiterhin bieten die Schaufeln 1008 Schutz gegen eine Verschleppung von Öl.
In der vorstehenden Beschreibung werden bestimmte Begriffe ihrer Kürze, Klarheit und Verständlichkeit wegen verwendet. Damit sind keine unnötigen Einschränkungen impliziert, die über die Anforderungen des Stands der Technik hinausgehen, da solche Begriffe zu Beschreibungszwecken verwendet wurden und weit auszulegen sind. Die verschiedenen hierin beschriebenen Konfigurationen, Systeme und Verfahrensschritte können allein oder in Kombination mit anderen Konfigurationen, Systemen und Verfahrensschritten verwendet werden. Es ist zu erwarten, dass verschiedene Äquivalente, Alternativen und Modifikationen möglich sind.
Es gilt zu beachten, dass der Begriff „beispielhaft”, wie hier zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet, anzeigen soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein solcher Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass solche Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele sind).
Der hierin verwendete Begriff „verbunden” und Ähnliches bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander. Diese Verbindung kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Diese Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente untereinander integral als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente aneinander befestigt sind.
Bezugnahmen hierin auf die Positionen der Elemente (z. B. „Ober-”, „Unter-”, „oben”, „unten” usw.) beschreiben lediglich die Ausrichtung der unterschiedlichen Elemente in den Figuren. Es gilt zu beachten, dass die Ausrichtung unterschiedlicher Elemente je nach anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich ausfallen kann und dass solche Variationen durch die vorliegende Offenlegung abgedeckt sein sollen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt die Fachwelt bei Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Abschnitten der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Orientierungen usw.), ohne erheblich von den neuen Lehren und Vorteilen des hierin beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig geformt dargestellt werden, aus mehreren Teilen oder Elementen konstruiert werden, die Position der Elemente kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, und die Art oder Anzahl separater Elemente bzw. Positionen kann geändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Abfolge von einem Prozess oder Verfahrensschritten kann entsprechend alternativen Ausführungsformen verändert oder neu angeordnet werden, und Elemente aus verschiedenen Ausführungsformen können auf eine Weise kombiniert werden, die für den Durchschnittsfachmann verständlich ist. Weitere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls in der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Mehrstufige rotierende Tropfenabscheidervorrichtung, die Folgendes umfasst: eine erste Stufe, umfassend ein rotierendes Koaleszenzelement, das Koaleszenzmedium umfasst, und eine zweite Stufe, die der ersten Stufe entweder vor- oder nachgeschaltet ist, umfassend einen rotierenden Tellerseparator oder ein separates rotierendes Koaleszenzelement, das Koaleszenzmedium umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, so konfiguriert, dass der Strom durch die erste Stufe von innen nach außen und der Strom durch die zweite Stufe von innen nach außen erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, so konfiguriert, dass der Strom durch die erste Stufe von innen nach außen und der Strom durch die zweite Stufe von außen nach innen erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Stufe ein rotierender Tellerseparator ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Tellerseparator dem Koaleszenzelement vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin umfassend eine Verkleidung zwischen dem Tellerseparator und dem Koaleszenzelement zum Auffangen von Flüssigkeit aus dem Tellerseparator.
Vorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend eine Drainagebohrung zum Ablassen von auf der Verkleidung aufgefangener Flüssigkeit.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Koaleszenzmedium in Konusstapel des Tellerseparators eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Konusstapel Schlitze oder Löcher beinhalten, die das Ablaufen von Flüssigkeit durch die Konusstapel gestatten.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Tellerseparator dem Koaleszenzelement nachgeschaltet ist und der Strom durch den Konusstapel von innen nach außen fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Stufe ein separates rotierender Koaleszenzelement ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Strom durch das separate rotierende Koaleszenzelement von außen nach innen fließt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei sich das Medium des separaten rotierenden Koaleszenzelements von dem Medium des rotierenden Koaleszenzelements der ersten Stufe unterscheidet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Medium des separaten rotierenden Koaleszenzelements dasselbe ist wie das Medium des rotierenden Koaleszenzelements der ersten Stufe.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Entwirbler, der der ersten Stufe und der zweiten Stufe nachgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Entwirbler eine Vielzahl von Schaufeln beinhaltet, die einen rotierenden Luftstrom in eine Rotationsrichtung entgegengesetzt der des rotierenden Luftstroms vor dem Austritt der Luft aus der Vorrichtung umlenken.
Rotierendes Tropfenabscheidersystem, umfassend: ein Gehäuse, das einen Einlass aufweist, der dazu konfiguriert ist, Blow-by-Gas von einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors aufzunehmen, und einen Auslass, der zum Ausbringen von gefilterter Luft konfiguriert ist; einen rotierenden Tropfenabscheider, der im Gehäuse angeordnet ist, wobei der rotierende Tropfenabscheider Folgendes beinhaltet: eine erste Endplatte, eine zweite Endplatte, einen Spiralschaufel-Vorabscheider, der zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet ist, wobei der Spiralschaufel-Vorabscheider Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von gekrümmten Schaufeln, die das Abscheiden eines Öls aus dem Blow-by-Gas und das Pumpen des Blow-by-Gases bei rotierendem Spiralschaufel-Vorabscheider bewirken, ein Koaleszenzelement, das den Spiralschaufel-Vorabscheider an einem Umfang umgibt und zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet ist, wobei das Koaleszenzelement Koaleszenzmedium umfasst, und einen mit der ersten Endplatte gegenüber dem Spiralschaufel-Vorabscheider und dem Koaleszenzelement gekoppelten Entwirbler.
System nach Anspruch 17, weiterhin umfassend ein oleophobes Sieb, das an die zweite Endplatte gekoppelt ist und den Spiralschaufel-Vorabscheider umgibt.
System nach Anspruch 18, wobei das oleophobe Sieb das Koaleszenzelement berührt.
System nach Anspruch 17, weiterhin umfassend eine an die erste Endplatte gekoppelte Verkleidung, die zwischen dem Spiralschaufel-Vorabscheider und dem Koaleszenzelement angeordnet ist.
System nach Anspruch 17, wobei der Entwirbler eine Vielzahl von Entwirbelungsschaufeln beinhaltet, die in einer Richtung entgegen der der Vielzahl von Schaufeln des Spiralschaufel-Vorabscheiders gekrümmt sind.
Rotierendes Element der ersten Stufe, das zur Verwendung in einer mehrstufigen rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung konfiguriert ist, wobei das Element Koaleszenzmedium umfasst, wobei die Vorrichtung ein Element der zweiten Stufe umfasst, das dem rotierenden Element der ersten Stufe entweder vor- oder nachgeschaltet ist, wobei das Element der zweiten Stufe eines der Folgenden umfasst: (i) einen rotierenden Tellerseparator oder (ii) ein separates rotierendes Koaleszenzelement, das Koaleszenzmedium umfasst.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 22, wobei der Strom durch das rotierende Element der ersten Stufe von innen nach außen und der Strom durch das Element der zweiten Stufe von innen nach außen erfolgt.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 22, wobei der Strom durch das rotierende Element der ersten Stufe von innen nach außen und der Strom durch das Element der zweiten Stufe von außen nach innen erfolgt.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 22, wobei das Element der zweiten Stufe der rotierende Tellerseparator ist.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 25, wobei der rotierende Tellerseparator dem Koaleszenzelement vorgeschaltet ist.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 26, weiterhin umfassend eine Verkleidung zwischen dem Tellerseparator und dem Koaleszenzelement zum Auffangen von Flüssigkeit aus dem Tellerseparator.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 25, wobei die Konusstapel Schlitze oder Löcher beinhalten, die das Ablaufen von Flüssigkeit durch die Konusstapel gestatten.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 25, wobei der Tellerseparator dem Koaleszenzelement nachgeschaltet ist und der Strom durch den Konusstapel von innen nach außen fließt.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 22, wobei das Element der zweiten Stufe das separate rotierende Koaleszenzelement ist.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 30, wobei sich das Medium des separaten rotierenden Koaleszenzelements von dem Medium des rotierenden Koaleszenzelements der ersten Stufe unterscheidet.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 30, wobei das Medium des separaten rotierenden Koaleszenzelements dasselbe ist wie das Medium des rotierenden Koaleszenzelements der ersten Stufe.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 22, weiterhin umfassend einen Entwirbler, der dem Element der ersten Stufe und dem Element der zweiten Stufe nachgeschaltet ist.
Rotierendes Element der ersten Stufe nach Anspruch 33, wobei der Entwirbler eine Vielzahl von Schaufeln beinhaltet, die einen rotierenden Luftstrom in eine Rotationsrichtung entgegengesetzt der des rotierenden Luftstroms umlenken, der aus dem Element der ersten Stufe und dem Element der zweiten Stufe austritt.
Rotierendes Element der zweiten Stufe, das zur Verwendung in einer mehrstufigen rotierenden Tropfenabscheidervorrichtung konfiguriert ist, wobei das Element entweder Folgendes umfasst; einen rotierenden Tellerseparator oder (ii) ein rotierendes Koaleszenzelement, umfassend Koaleszenzmedium, wobei die Vorrichtung ein Element der ersten Stufe umfasst, das dem rotierenden Element der zweiten Stufe entweder vor- oder nachgeschaltet ist, wobei das Element der ersten Stufe separates Koaleszenzmedium umfasst.
Rotierendes Element der zweiten Stufe nach Anspruch 35, wobei das Element der zweiten Stufe der rotierende Tellerseparator ist.
Rotierendes Element der zweiten Stufe nach Anspruch 36, wobei der rotierende Tellerseparator dem Element der ersten Stufe vorgeschaltet ist.
Rotierendes Element der zweiten Stufe nach Anspruch 37, wobei die Konusstapel Schlitze oder Löcher beinhalten, die das Ablaufen von Flüssigkeit durch die Konusstapel gestatten.
Rotierendes Element der zweiten Stufe nach Anspruch 36, wobei der Tellerseparator dem Element der ersten Stufe nachgeschaltet ist und wobei der Strom durch den Konusstapel von innen nach außen fließt.
Rotierendes Element der zweiten Stufe nach Anspruch 35, wobei das Element der zweiten Stufe das rotierende Koaleszenzelement ist.
Rotierendes Element der zweiten Stufe nach Anspruch 40, wobei das Medium des separaten rotierenden Koaleszenzelements sich von dem Medium des rotierenden Koaleszenzelements der ersten Stufe unterscheidet.
Rotierendes Element der zweiten Stufe nach Anspruch 40, wobei das Medium des separaten rotierenden Koaleszenzelements dasselbe ist wie das Medium des rotierenden Koaleszenzelements der ersten Stufe.