-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus zu reinigenden Gasen. Sie betrifft weiterhin ein Entlüftungssystem mit einer derartigen Abscheidevorrichtung sowie einen Verbrennungsmotor mit einer derartigen Ölabscheidevorrichtung und/oder einem derartigen Entlüftungssystem.
-
Abscheidevorrichtungen, z.B. 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 in Form von Ölnebel und/oder Öltröpfchen enthaltenes Motoröl 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 der Verunreinigungen, beispielsweise von wesentlichen Anteilen des Ölnebels und der Öltröpfchen gereinigt sind. Eine Verbesserung der Reinigungswirkung wird beispielsweise durch die vorliegende Erfindung erzielt.
-
Insbesondere zur Reinigung von Blow-By-Gasen wird zwischen dem Kurbelgehäuse bzw. dessen Ölwanne und dem Ansaugtrakt eine Entlüftungsleitung vorgesehen, in der eine Abscheidevorrichtung zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen aus den zu reinigenden Blow-By-Gasen, also ein Ölabscheider, vorgesehen ist. In den meisten Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors herrscht dabei im Ansaugtrakt vor der Drosselklappe ein Unterdruck gegenüber dem Druck in dem Kurbelgehäuse. Dies ist insbesondere bei geöffneter Drosselklappe und laufendem Motor, also insbesondere im Volllastbetrieb, der Fall. Die Blow-By-Gase werden dann aus dem Kurbelgehäuse nacheinander durch die Entlüftungsleitung, durch den Ölabscheider und weiter durch die Entlüftungsleitung in den Ansaugtrakt gesaugt. Im Volllastbetrieb erfolgt der Eintritt der Blow-By-Gase dabei in Strömungsrichtung der Frischluft vor der Drosselklappe, insbesondere zwischen Luftfilter und Drosselklappe. Die von Ölnebel und Öltröpfchen gereinigten Blow-By-Gase werden der Frischluft zugemischt und wiederum der Verbrennung im Verbrennungsmotor zugeführt.
-
Problematisch hierbei ist, dass bei der Auslegung moderner Motoren der Ansaugunterdruck im Ansaugtrakt immer weiter reduziert wird, so dass der Ansaugunterdruck nicht mehr in allen Situationen des Betriebs des Verbrennungsmotors ausreicht, um das Kurbelgehäuse hinreichend von den Blow-By-Gasen zu entlüften.
-
Zum Einsatz kommen daher Venturi-Düsen (auch Saugstrahlpumpen genannt), die beispielsweise mit dem Druck eines Verdichters, beispielsweise eines Kompressors oder eines Turboladers, betrieben werden. In der Entlüftungsleitung wird daher eine Venturi-Düse angeordnet, die mit ihrem Vakuumanschluss mit dem Ausgang des Ölabscheiders verbunden und mit ihrem Gasauslass mit dem Ansaugtrakt verbunden ist. Die von dem Verdichter durch die Venturi-Düse strömenden Gase werden in der Venturi-Düse durch eine Engstelle (Düse) geführt, dabei beschleunigt und erzeugen am Vakuumanschluss (Abnahmerohr) einen zusätzlichen Unterdruck, mit dem das Kurbelgehäuse über den Ölabscheider hinweg hinreichend entlüftet werden kann. Bei offenen Venturidüsen mündet die Düse in den Bereich des Anschlusses des Vakuumanschlusses. Bei geschlossenen Düsen ragt die Düse in den Bereich des Vakuumanschlusses.
-
Derartige Lösungen nützen dabei den Unterdruck am Abnahmerohr der Venturi-Düse zur verbesserten Entlüftung des Kurbelgehäuses.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abscheidevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Effizienz der Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen weiter verbessert. Die derartige erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung soll skalierbar und adaptierbar sein, so dass sie an unterschiedlichen Motortypen leicht anpassbar ist.
-
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Entlüftungssystem mit einer derartigen Abscheidevorrichtung sowie einen Verbrennungsmotor mit einem derartigen Entlüftungssystem und/oder einer derartigen Abscheidevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Nachteile vermeiden und die oben genannten Vorteile realisieren.
-
Diese Aufgabe wird durch die Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, das Entlüftungssystem nach Anspruch 3 sowie den Verbrennungsmotor nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung und des erfindungsgemäßen Entlüftungssystems werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
-
Das erfindungsgemäße Entlüftungssystem geht von einem Stand der Technik aus, bei dem in einer Entlüftungsleitung ein erstes Abscheideelement zur Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen (Ölabscheider) angeordnet ist. In der Entlüftungsleitung hinter dem ersten Abscheideelement ist eine Venturi-Düse oder Saugstrahlpumpe vorgesehen, die in dem Lüftungssystem bzw. der Entlüftungsleitung geführten Gase beschleunigt. Hierzu ist der Ausgang des ersten Abscheideelementes mit dem Vakuumanschluss der Venturi-Düse bzw. der Saugstrahlpumpe verbunden. Eine derartige Abscheidevorrichtung nutzt den in der Venturi-Düse erzeugten Unterdruck, um auch bei geringem Unterdruck in der Frischluftleitung vor der Drosselklappe am Ausgang eines Ölabscheiders in der Entlüftungsleitung einen hinreichenden Unterdruck zur Verfügung zu stellen, der für eine effiziente Entlüftung des Kurbelgehäuses und eine effiziente Abscheidung von Ölnebel und/oder Öltröpfchen in dem Ölabscheider sorgt.
-
Bei der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung ist nun ein zweites Abscheideelement vorgesehen, dessen Einlass mit dem Gasauslass der Venturi-Düse oder der Saugstrahlpumpe verbunden ist. Die so veränderte Abscheidevorrichtung nutzt nunmehr nicht nur den von der Venturi-Düse an ihrem Vakuumanschluss erzeugten Unterdruck, sondern verwendet in effizienter Weise auch den am Ausgang der Venturi-Düse erzeugten Überdruck der von der Venturi-Düse abgegebenen beschleunigten zu reinigenden bzw. bereits teilgereinigten Gase und der durch die Venturi-Düse geführten beschleunigten Gase.
-
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn als die Venturi-Düse antreibende Gase Gase aus dem Ansaugtrakt verwendet werden, die beispielsweise durch einen Verdichter, z.B. einen Kompressor oder einen Turbolader, verdichtet und daher mit hohem Druck in die Venturi-Düse einströmen.
-
Mit dem Überdruck, der damit am Einlass des zweiten Ölabscheideelementes gegenüber dem Ansaugtrakt an der Anschlussstelle zwischen Entlüftungsleitung und Ansaugtrakt, d.h. am Auslass des zweiten Ölabscheideelementes, durch die Venturi-Düse erzeugt wird, kann der zweite Ölabscheider die zu reinigenden Gase effizient zusätzlich und damit verbessert reinigen.
-
Vorteilhaft an der vorliegenden Erfindung ist, dass beide Ölabscheideelemente ebenso wie die Venturi-Düse problemlos skalierbar sind und so ohne Weiteres die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung an unterschiedliche Motoren adaptierbar ist. Weiterhin können offene oder geschlossene Venturi-Düsen verwendet werden. Bei geöffneten System ragt eine Düse über den Vakuumkanal in Richtung des Ausgangs der Venturidüse. Sie kann dabei so gestaltet werden, dass die Düse entnehmbar ist. Bei einem geschlossenen System endet die Düse kurz vor der Mündung des Vakuumkanals.
-
Für die eingesetzten Ölabscheideelemente können jegliche im Stand der Technik bekannten passiven oder aktiven Ölabscheideelemente verwendet werden, beispielsweise verschiedene Zyklone/Zentrifugalabscheider, Impaktoren/Prallabscheider, Vliesabscheider oder ein membrangestützter Abscheider, wie er etwa in der
DE 10 2007 012 483 A1 offenbart ist, etc.. Sämtliche der genannten Abscheideelemente können als geregelte oder als ungeregelte Abscheider zum Einsatz kommen. Als erstes Abscheideelement und als zweites Abscheideelement können beliebige Kombinationen von aktiven und passiven Ölabscheidern eingesetzt werden. So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn das erste Abscheideelement ein Passivabscheider und das zweite Abscheideelement ein Aktivabscheider ist, so dass insgesamt eine verbesserte Aufreinigung der zu reinigenden Gase erfolgt.
-
Erfindungsgemäß kann das zweite Abscheideelement auch als Rückschlagventil ausgebildet sein oder ein solches enthalten. In diesem Falle werden beispielsweise bei zumindest teilweise oder auch vollständig geöffneter Drosselklappe, bei der vor der Drosselklappe, also zwischen Luftfilter und Drosselklappe ein hoher Unterdruck anliegt, das erste Abscheideelement und das zweite Abscheideelement von den zu reinigenden Gasen durchströmt, so dass die gereinigten Gase in den Ansaugtrakt vor der Drosselklappe geführt werden.
-
Bei vollständig geschlossener oder weitestgehend geschlossener Drosselklappe liegt in dem Abschnitt des Ansaugtrakts unmittelbar vor dem Lufteinlassventil des Verbrennungsmotors und damit auch zwischen der Venturi-Düse und dem Zylinderkopf ein sehr starker Unterdruck an, so dass das zweite Abscheideelement als Rückschlagventil wirkt und sich die Hauptströmungsrichtung in der Venturi-Düse umkehrt. In diesem Falle werden die zu reinigenden Gase durch das erste Abscheideelement und durch die Venturi-Düse in den Ansaugtrakt hinter dem Verdichter bzw. Ladeluftkühler gesaugt. Sowohl die von der Venturi-Düse über das zweite Ölabscheideelement zum Ansaugtrakt führende Leitung als auch der Ansaugtrakt von der Drosselklappe bis hinter dem Ladeluftkühler werden dabei nicht oder nur marginal durchströmt.
-
Der Vollastbetrieb ist im Kontext der Erfindung so definiert, dass zwischen dem Verdichter und dem Kurbelgehäuse im Ansaugtrakt ein gegenüber dem atmosphärischen Druck höherer Druck herrscht. Dies geht meist einher mit einer weitgehend oder vollständig geöffneter Drosselklappe. Besonders vorteilhaft ist es, wenn hierbei die Drosselklappe zu ≥ 30°, vorteilhafterweise ≥ 45°, vorteilhafterweise ≥ 80° geöffnet ist.
-
Im Teillastbetrieb herrscht hingegen in dem Abschnitt des Ansaugtrakts zwischen dem Verdichter und dem Kurbelgehäuse ein gegenüber dem atmosphärischen Druck niedrigerer Druck. Hierbei ist üblicherweise die Drosselklappe weitgehend geschlossen.
-
Sowohl das erste als auch das zweite Ölabscheideelement sind vorteilhafterweise mit einem eigenen Ölsammelbereich sowie einem zugehörigen Ölrückführventil versehen. Die Ölrückführventile sind mit dem Gewicht des darüber angesammelten Öls belastet. Sie können einerseits im Motorbetrieb öffnen, wenn sich eine große Menge an Öl angesammelt hat oder beim Stillstand des Motors. Bei geöffneten Ölrückführventilen wird das abgeschiedene Öl in die Ölwanne zurückgeführt.
-
Im Folgenden wird ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung, eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems und eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors gegeben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass die Beschreibung der Bezugszeichen teilweise nicht wiederholt wird. In dem nachfolgenden Beispiel sind neben den gemäß Anspruch 1 wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung 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 des Beispiels weiterzubilden.
-
Es zeigen
-
1 einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor im Volllastbetrieb; und
-
2 denselben erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor im Teillastbetrieb; und
-
3 denselben erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor im ausgeschalteten Zustand.
-
1 zeigt einen erfindungsgemäßen mit vollständig geöffneter Drosselklappe. Der Verbrennungsmotor weist ein Kurbelgehäuse 82, eine Ölwanne 83, einen Zylinderkopf 81 sowie eine Ventilhaube 80 auf. Zu dem Zylinderkopf 81 führt eine Frischluftleitung von einem Luftfilter 10 über eine Drosselklappe 11, einen Verdichter 12 und einen Ladeluftkühler 13. Die Frischluftleitung 4 weist zwischen diesen einzelnen Elementen die Abschnitte 4a, 4b, 4c, 4d sowie 4e auf. Die Abschnitte 4d und 4e sind direkt miteinander verbunden an einer Anschlussstelle eines Leitungsabschnitts 6. Bei vollständig geöffneter Drosselklappe herrscht in den Leitungsabschnitten 4d und 4e ein aufgrund des Betriebs des Verdichters 12 gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöhter Druck. Der Motor befindet sich also im Volllastbetrieb.
-
Weiterhin führt eine Entlüftungsleitung 5 mit den Abschnitten 5a, 5b, 5c, 5d, 5e und 5f von dem Kurbelgehäuse 82 zu der Frischluftleitung im Abschnitt 4a. Diese Entlüftungsleitung ist Teil einer erfindungsgemäßen Entlüftungsvorrichtung 8 und entlüftet das Kurbelgehäuse 82. Die Entlüftungsvorrichtung ist in den Darstellungen grob mit einer gestrichelten Linie umgeben. Hierzu führt es die im Kurbelgehäuse 82 anfallenden Blow-By-Gase über die Leitung 5 mit den Abschnitten 5a bis 5f zurück in die Frischluftleitung 4 zwischen Luftfilter 10 und Drosselklappe 11. In der Entlüftungsleitung 5 ist ausgehend von dem Kurbelgehäuse 82 nacheinander ein Druckregelventil 20, ein erster Ölabscheider (erstes Ölabscheideelement) 21, eine Venturi-Düse 30 sowie ein zweiter Ölabscheider (zweites Abscheideelement) 22 sowie ein Rückschlagventil 29 angeordnet. Diese Elemente sind zwischen Kurbelgehäuse 82 und Leitungsabschnitt 4a des Ansaugtraktes mit den einzelnen Leitungsabschnitten 5a bis 5f verbunden. Der Leitungsabschnitt 5c endet dabei in den Vakuumanschluss 31 der Venturi-Düse 30. Die Venturi-Düse 30 wird im Hauptrohr von dem Leitungsabschnitt 6 kommend über den Anschluss 32 (als Einlass für die Hauptströmung) und den Auslass 33 (als Auslass für die Hauptströmung) mit dem Leitungsabschnitt 5d von Gasen aus dem Ansaugtrakt, insbesondere dem Leitungsabschnitt 4d durchströmt. Ist die Drosselklappe 11 vollständig oder weitgehend geöffnet, durchströmt ein Teil der vom Ladeluftkühler 13 kommenden Frischluft über den Leitungsabschnitt 6 die Venturi-Düse 30, in der diese Frischluft durch einen verengten Strömungsbereich 34 geführt und hierbei beschleunigt wird. In diesem Bereich ist daher der statische Druck verringert, so dass die Blow-By-Gase, die vom Kurbelgehäuse 82 kommend bereits im ersten Ölabscheideelement 21 von einem Teil des in ihnen mitgetragenen Öls befreit wurden, in der Leitung 5c über den Vakuumanschluss 31 mit einem erhöhten Unterdruck beaufschlagt und folglich abgesaugt werden. Diese Beschleunigung führt auch zu einer Erhöhung des Druckabfalls am ersten Ölabscheideelement 21 und damit zu einer Verbesserung der dortigen Ölabscheidung. Am Auslass 33 liegt eine schnellströmende Mischung aus Frischluft und Blow-By-Gasen vor, die mit erhöhtem Druck über die Leitung 5d in den zweiten Ölabscheider 21 eintritt. Dieser Ölabscheider 22 nutzt den erhöhten Ausgangsdruck der Venturi-Düse 30 wiederum zur weiteren Aufreinigung der Gase, bevor diese über die Leitungsabschnitte 5e und 5f in den Ansaugtrakt im Leitungsabschnitt 4a zurückgeführt werden. Das Rückschlagventil 29 ist im Volllastbetrieb geöffnet.
-
Die Ölabscheider 21 und 22 weisen jeweils einen Auslass 70 bzw. 72 für abgeschiedenes Öl auf. Der Auslass 70 und der Auslass 72 sind mit einer Ölrücklaufleitung 7 verbunden, die das abgeschiedene Öl in die Ölwanne 83 zurückführt. In der Rücklaufleitung 7 sind hinter dem Ölauslass 70 ein Rückschlagventil 71 und hinter dem Ölauslass 72 ein Rückschlagventil 73 angeordnet. „Hinter“ bezieht sich hierbei auf die Fließrichtung des abschiedenen Öls. Diese Rückschlagventile 71 und 73 verhindern, dass über die Ölrücklaufleitung 7 Öl in die Ölabscheider 21 und 22 gesaugt wird. Zudem sind diese Ventile 71 und 73 derart geregelt, dass sie im Betrieb des Motors geschlossen sind und so kein Öl über die Ölrücklaufleitung 7 in die Entlüftungsleitung 5 gesaugt werden kann. Die Ventile 71 und 73 werden im vorliegenden Beispiel vorteilhafterweise bei Stillstand des Motors geöffnet, wie dies in 3 dargestellt ist. Dies erfordert daher hinter jedem der Ölabscheider 21 und 22 und in Ölrückführungsrichtung vor den Ventilen 71 und 73 einen Bevorratungsraum für abgeschiedenes Öl, der hinreichend groß ist, um während des Betriebs des Motors sämtliches abgeschiedenes Öl aufzunehmen und zwischenzuspeichern.
-
In 1 ist ein Zustand des Verbrennungsmotors bei voll geöffneter Drosselklappe 11 dargestellt. In diesem Falle liegt im Abschnitt 4a ein hoher Unterdruck an, so dass die Entlüftung des Kurbelgehäuses 82 über die Entlüftungsleitungsabschnitte 5a bis 5f in den Frischluftleitungsabschnitt 4a erfolgt.
-
In 2 ist derselbe Verbrennungsmotor dargestellt, nunmehr jedoch bei weitgehend geschlossener Drosselklappe 11. In diesem Zustand herrscht in den Leitungsabschnitten 4d und 4e ein gegenüber dem atmosphärischen Druck niedrigerer Druck. Der Motor befindet sich also im Teillastbetrieb. In diesem Zustand liegt zwischen dem Luftfilter 10 und der Drosselklappe 11 im Abschnitt 4a kein wesentlicher Unterdruck an, so dass der Abschnitt 4a nicht der Entlüftung der Entlüftungsleitung 5 dienen kann. Vielmehr liegt nunmehr im Teillastbetrieb des Verbrennungsmotors ein hoher Unterdruck im Abschnitt 4e an. Hierdurch wird nun das am Vakuumanschluss 31 anstehende Blow-By-Gas über die Venturi-Düse 30 und den Umkehrleitungsabschnitt 6 in den Abschnitt 4e der Entlüftungsleitung gesaugt. Der Leitungsabschnitt 6 wird hier also in umgekehrter Richtung zur Durchströmungsrichtung des Volllastbetriebes durchströmt. Aus diesem Grunde wird der Leitungsabschnitt 6 auch als Umkehr-Leitungsabschnitt bezeichnet. Die Blow-By-Gase strömen folglich lediglich durch einen der Ölabscheider, nämlich den ersten Ölabscheider 21. Dies ist jedoch ausreichend, um die im Leerlauf auftretenden Blow-By-Gase hinreichend zu reinigen. Vorteilhaft ist insbesondere, dass in diesem Zustand des Verbrennungsmotors nunmehr der im Abschnitt 4e der Ansaugleitung anliegende Unterdruck genutzt werden kann, um das Kurbelgehäuse zu be- und entlüften. In diesem Zustand ist nicht die unterstützende Wirkung der Venturi-Düse 30 für die Unterdruckerzeugung wie in 1 erforderlich, vielmehr wird die Venturi-Düse 30 nunmehr derart durchströmt, dass die Blow-By-Gase über den Vakuumanschluss 31 in die Venturi-Düse 30 eintreten und die Venturi-Düse 30 über die Öffnung 32, die in 1 als Einlass verwendet wurde, über den Abschnitt 6 in Richtung des Abschnitts 4e verlassen.
-
Bei dem vorliegenden Beispiel ist dem zweiten Ölabscheider 22 ein Rückschlagventil 29 zugeordnet, das im Leitungsstrang zwischen dem zweiten Ölabscheider 22 und dem Ansaugtrakt zwischen dem Luftfilter 10 und der Drosselklappe 11 ausgebildet ist. Das Rückschlagventil 29 verhindert daher, dass im Leerlaufbetrieb über die Leitungsabschnitte 5f und 5e Frischluft vom Luftfilter direkt in die Venturi-Düse 30 und weiter in den Leitungsabschnitt 4e angesaugt wirderden, eine derartige Frischluftführung wäre eine Umgehung der geschlossenen Drosselklappe 11 und würde zu einem undefinierten Zustand des Verbrennungsmotors führen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007012483 A1 [0016]
