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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kurbelgehäuseentlüftung von Dieselverbrennungsmotoren,
insbesondere Dieselmotoren, die für Lokomotivanwendungen verwendet
werden.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Dieselbetriebene
Lokomotiven benötigen
in der Regel eine Abwesenheit von Kurbelgehäuseüberdruck. Dennoch bewirkt während des
Betriebs von Verbrennungsmotoren Kurbelgehäuseentlüftungsgas aus der Verbrennungskammer
während des
Arbeitshubs einen Überdruck
in dem Kurbelgehäuse,
der abgebaut werden muss. Im Falle von Lokomotivanwendungen wird
gewünscht,
dass das Kurbelgehäuse
in der Regel einen Unterdruck aufweist. Entsprechend wird ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem
verwendet, da ein einfaches Ventil oder eine Öffnung in dem Kurbelgehäuse unzulänglich ist.
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Das
Kurbelgehäuseentlüftungssystem
an einem Lokomotivendieselmotor saugt die übermäßige Kurbelgehäuseluft
in dem Kurbelgehäuse
(aus Dichtungen und Kolben-Blowby) in den Abgasstrom und letztendlich
in die Atmosphäre
ab. In der Kurbelgehäuseluft
ist ein Ölnebel
enthalten, der zwei negative Konsequenzen hat. Erstens trägt der Ölnebel zu
den Emissionen des Motors bei; und zweitens lässt das Öl eine Kohlekoksablagerung
zurück,
die Feuer entlang der Eisenbahnstrecke entzünden und beginnen kann.
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1 veranschaulicht
ein herkömmliches Dieselmotor-Kurbelgehäuseentlüftungssystem 10, das
einen Ölabscheider 12 und
eine Absaugvorrichtung 14 umfasst. Ein Rohranschluss 16 steht
in der Regel horizontal mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung, zum Beispiel
an einem oberen Abschnitt der Ölwanne 18.
Ein Knie 20 verbindet den Rohranschluss 16 mit
dem Ölabscheider 12,
der eine versetzte Öffnung 22 aufweist.
Die Absaugvorrichtung 14 ist mit der versetzten Öffnung 22 verbunden.
Die Absaugvorrichtung 14 weist einen vertikalen Abschnitt 24 und
einen horizontalen Abschnitt 26 auf, die durch eine Krümmung 28 abgegrenzt
sind. Das Ende des horizontalen Abschnitts 26 bildet eine Schnittstelle
mit einer Auslassöffnung 30,
die mit dem Motorabgassystem in Verbindung steht. Die Krümmung 28 ist
mit einer Düsenanordnung 32 ausgerüstet. Die
Düsenanordnung 32 umfasst
eine einzelne Lochdüse 34 innerhalb
des horizontalen Abschnitts 26, die den horizontalen Abschnitt
in Richtung der Auslassöffnung 26 hinunter
gerichtet ist, wobei sich der Durchmesser des horizontalen Abschnitts
mit zunehmendem Abstand von der Düsenanordnung nach außen verjüngt. Die
Düsenanordnung 32 bildet über eine
Luftleitung 36 eine Schnittstelle mit einer Druckluftquelle
außerhalb
des Kurbelgehäuses.
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Im
Betrieb bläst
Druckluft, die der Düse
entstammt, Luft in Richtung der Auslassöffnung, wodurch ein Niederdruckzustand
in dem vertikalen Abschnitt der Absaugvorrichtung bewirkt wird.
Diese Niederdruckzone steht mit dem Kurbelgehäuse durch den Ölabscheider
in Verbindung, um zu bewirken, dass Kurbelgehäuseluft aus dem Kurbelgehäuse affirmativ
abgesaugt wird. Ölbeladene
Kurbelgehäuseluft
strömt
durch den Ölabscheider,
während dessen
sich das expandierte Volumen und der vertikale Weg verbinden, um
zu bewirken, dass sich Öl aus
der Kurbelgehäuseluft
absetzt und dann in das Kurbelgehäuse zurückfließt.
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Mehrere
Nachteile des herkömmlichen
Dieselmotor-Kurbelgehäuseentlüftungssystems
bedürfen
noch der Beseitigung. Dazu gehört
zu verhindern, dass Spritzöl
in den Ölabscheider
eindringt sowie eine verbesserte Beseitigung des Ölnebels
aus der Kurbelgehäuseluft,
bevor diese in die Auslassöffnung hineinströmt.
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GB 1 255 642 A und
US 2,642,052 A offenbaren
jeweils eine Zweistufen-Filtrationsanordnung gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Anspruchs 1.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effektive Ölfiltration
in Verbindung mit einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem eines Dieselmotors
bereitzustellen.
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Diese
und weitere Aufgaben, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden,
werden durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Ölabscheider
in Form einer Zweistufen-Filtrationsanordnung für ein Dieselmotor-Kurbelgehäuseentlüftungssystem,
das verhindert, dass Spritzöl über eine
erste Stufe des Ölabscheiders
hinaus dort eindringt und die Ölnebelkontamination
von Kurbelgehäuseluft
begrenzt, bevor diese aus einer zweiten Stufe des Ölabscheiders
in die Auslassöffnung
hineinströmt,
wodurch vorteilhafterweise die Emissionen des Motors verbessert
und die Ölverschleppung
zu den Abgasen reduziert wird.
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Die
Zweistufen-Filtrationsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet einen Zweistufenansatz zur Kurbelgehäuseluftfiltration, um das 01
von der Luft effektiv abzuscheiden. Die Zweistufen-Filtrationsanordnung
umfasst zwei hintereinander angeordnete Filter, die jeweils von
einem aus Blech hergestellten Gehäuse gehalten werden, das an
einer Öffnung
in dem Kurbelgehäuse
angebracht ist, zum Beispiel an einem oberen Abschnitt der Ölwanne.
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Eine
Erststufen-Filtrationsanordnung umfasst einen Erststufenfilter,
der ein Drahtgitter-Filtrationsmedium aufweist, das in einem zylindrischen Rohr
mit perforierten (expandierten) Stahlendkappen enthalten ist. Der
Erststufenfilter ist unmittelbar benachbart zu der Kurbelgehäuseöffnung horizontal angebracht.
Die Aufgabe des Erststufenfilters besteht darin, die großen Ölpartikel
und jedes Ölverspritzen
benachbart zu dem Kurbelgehäuse
zu entfernen. Es gibt einen mit dem Filter verbundenen Durchgang,
der frei von dem Drahtgitter-Medium ist, um zuzulassen, dass Öl aus dem
Zweitstufenfilter (der als nächstes
beschrieben wird) zurück
zu dem Kurbelgehäuse
abläuft,
wodurch der Zweitstufenfilter effektiver wird.
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Eine
Zweistufen-Filtrationsanordnung umfasst einen Zweitstufenfilter,
der ein Fasermatten-Filtrationsmedium, vorzugsweise Glasfaser, aufweist, und
ist in einem spitzen Winkel (zum Beispiel 20 Grad in Bezug auf die
Horizontale) angebracht, der nach unten in Richtung der Erststufen-Filtrationsanordnung
ausgerichtet ist. Der Zweitstufenfilter weist bevorzugt eine zylindrische
Hohlraumkonfiguration auf, die in dem Gehäuse derart angeordnet ist,
dass Luft aus dem Erststufenfilter durch ein Ende in den Hohlraum
des Zweitstufenfilters strömt
und dann durch das Filtermedium hinausströmt. Die Aufgabe des Zweitstufenfilters
besteht darin, kleine schwebende Ölpartikel mit einer hohen Effizienz
während der
zweiten Filtrationsphase zu entfernen. Insgesamt umfassen die Vorteile des
Zweistufen-Filtrationssystems wie folgt: das Entfernen von Ölnebel;
das Verhindern von Feuern entlang der Eisenbahnstrecke (Lokomotivanwendungen),
und die Reduzierung von schädlichen
Motoremissionen.
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Eine
Absaugvorrichtung bildet eine Schnittstelle mit dem Gehäuse, um
stromabwärts
des Zweitstufenfilters einen Unterdruck bereitzustellen, um Kurbelgehäuseluft
aus dem Kurbelgehäuse
zu einer Auslassöffnung
zu ziehen.
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Im
Betrieb fließt
in Reaktion auf den Betrieb der Absaugvorrichtung Kurbelgehäuseluft
aus dem Kurbelgehäuse
durch den Zweistufenfilter, durch das Luftabsaugsystem und dann
aus einer Auslassöffnung
heraus. Der Erststufenfilter dient dazu, Spritzöl und große Öltröpfchen daran zu hindern, zu
dem Zweitstufenfilter zu wandern, wobei dieses Öl zu dem Kurbelgehäuse zurück abläuft. An
dem Zweitstufenfilter werden nun kleinere Ölpartikel, die der Erststufenfilter
nicht beseitigen konnte, aus der Kurbelgehäuseluft herausgefiltert, wobei Öltröpfchen,
die sich daran bilden, zurück
zu dem Kurbelgehäuse
ablaufen. Die Kurbelgehäuseluft,
die es durch sowohl den Erst- als auch den Zweitstufenfilter schafft,
weist eine große
Menge an entferntem Öl
auf und fließt
zu den Abgasen des Motors in einer akzeptablen Zusammensetzung aus
ihrem ursprünglichen
Zustand. Das entfernte Öl
läuft zu
dem Kurbelgehäuse
zurück
ab, ohne wieder in den Luftstrom aufgenommen zu werden. In dieser
Hinsicht weist der Erststufenfilter eine niedrige Ölentfernungseffizienz
auf, die große Öltröpfchen und Ölverspritzen
beseitigt, während
der Zweitstufenfilter eine hohe Ölentfernungseffizienz aufweist,
die kleinere Ölpartikel
beseitigt, die in der Kurbelgehäuseluft
schweben, ohne aufgrund des früheren
Hindurchströmens
der Kurbelgehäuseluft durch
den Erststufenfilter überschwemmt
zu werden. Das Prinzip der Verwendung von zwei unterschiedlichen
Filtern für
zwei unterschiedliche Bereiche von Ölpartikelgrößen maximiert die Menge an Öl, die aus der
Kurbelgehäuseluft
des Dieselmotors entzogen werden kann, da beide Filtertypen mit
ihrer jeweiligen Höchsteffizienz
arbeiten.
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Wie
oben erörtert,
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine effektive Ölfiltration
in Verbindung mit einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem eines Dieselmotors
bereitzustellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine effektive Ölfiltration
in Verbindung mit einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem eines Dieselmotors
bereitzustellen, wobei die Zweistufenfiltration das stufenweise
Entfernen von Öltröpfchen über zwei Ölpartikelgrößenbereiche
vorsieht, die von einem ersten Bereich größerer Größen zu einem zweiten Bereich
kleinerer Größen reicht,
um dadurch die Vorteile des Entfernens von Ölnebel, des Verhinderns von
Feuern entlang der Eisenbahnstrecke und reduzierter schädlicher
Emissionen bereitzustellen.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
verständlicher.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines herkömmlichen
Kurbelgehäuseentlüftungssystems
für einen Dieselmotor.
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2 ist
eine Seitenansicht einer Zweistufen-Filtrationsanordnung für ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem
eines Dieselmotors gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
eine Teilschnitt-Seitenansicht der Zweistufen-Filtrationsanordnung
von 2.
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4A ist
eine Teilschnitt-Seitenansicht eines Erststufenfilters der Zweistufen-Filtrationsanordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4B ist
eine Teilschnitt-Endansicht entlang Linie 4B-4B in 4A.
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4C ist
eine Teilschnitt-Endansicht entlang Linie 4C-4C in 4A.
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5A ist
eine Teilschnitt-Endansicht eines Zweitstufenfilters der Zweistufen-Filtrationsanordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung entlang Linie 5A-5A von 5B.
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5B ist
eine Teilschnittansicht entlang Linie 5B-5B in 5A.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Nun
auf die Zeichnungen Bezug nehmend, stellen 2 bis 5C ein Beispiel eines Ölabscheiders in Form einer
Zweistufen-Filtrationsanordnung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung
dar, die in Verbindung mit einer Absaugvorrichtung 102 eines Dieselmotors 104 gezeigt
wird. Während
der Dieselmotor 104 in dem Ausführungsbeispiel verwendet wird,
um eine Lokomotive anzutreiben, können andere ähnliche
Anwendungen zum Beispiel Stromerzeugung und Marineanwendungen umfassen.
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Wie
anhand der Bezugnahme auf 2 und 3 verständlich wird,
stellt ein Gehäuse 106 ein Leitungsrohr
für Kurbelgehäuseluft
von dem Kurbel gehäuse 108 des
Dieselmotors 104, zum Beispiel eine Kurbelgehäuseöffnung 110,
die an einem obersten Abschnitt der Ölwanne angeordnet ist, zum
Beispiel das Turbogehäuse 112,
das mit der Ölwanne
in Verbindung steht, zu einer Auslassöffnung 114 bereit, die
mit dem Abgassystem des Motors in Verbindung steht. Das Gehäuse 106 ist
aus Blech hergestellt und weist eine Erststufenkammer 116,
eine Zweitstufenkammer 118 und eine Absaugkammer 120 auf.
Die Erststufenkammer 116 hat eine Schnittstelle mit einer Erststufen-Filtrationsanordnung 122 und
ist mit der Kurbelgehäuseöffnung 110 verbunden.
Die Zweitstufenkammer nimmt eine Zweitstufen-Filtrationsanordnung 124 auf,
die der Reihe nach mit der Erststufenkammer in Verbindung steht.
Die Absaugkammer 120 hat eine betreibbare Schnittstelle
mit der Absaugvorrichtung 102 und steht an ihrem einen
Ende mit der Zweitstufenkammer und an ihrem anderen Ende über eine
geeignete Rohrleitung 128 mit der Auslassöffnung 114 in
Verbindung.
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Nun
zusätzlich
auf 4A bis 4C Bezug nehmend
wird die Erststufen-Filtrationsanordnung 122 erörtert.
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Die
Erststufen-Filtrationsanordnung 122 umfasst einen Erststufenfilter 132,
der durch ein Drahtgitter-Filtrationsmedium, das in einem zylindrischen Metallrohr 134 enthalten
ist, und expandierte Stahlendkappen 136a, 136b,
die Perforationen 136p aufweisen, gekennzeichnet ist. Die
Endkappen 136a, 136b sind an dem Rohr 134 (zum
Beispiel durch Schweißen)
angebracht. Die Erststufen-Filtrationsanordnung 122 ist
mittels Verbindungselementen 138 mit Gewinde an der Kurbelgehäuseöffnung 110 mittels
eines ringförmigen
Anschlussflansches 140 angebracht, der an dem Rohr 134 an
einer mittleren Stelle davon abgedichtet angeschlossen ist. In dieser Hinsicht
ist der ringförmigen
Anschlussflansch 140 ebenfalls mittels der Verbindungselemente 138 mit Gewinde
mit einer Eintrittsöffnung 142 verbunden, die
in dem Gehäuse 106 an
der Erststufenkammer 116 ausgebildet ist. Ein Boden 144 ist
an einem untersten Abschnitt des Rohres 134 gebildet, wobei
der Boden eine Eindämmungsabgrenzung
für das
Drahtgitter-Filtrationsmedium 132 bereitstellt, so dass
ein unbehindert offener Durchgang 146 zwischen dem Rohr 134 und
dem Boden ausgebildet ist. Unter "unterster Abschnitt" wird verstanden, dass nach dem Einbau
der Durchgang 146 an dem vertikal niedrigsten Punkt des
Rohres angeordnet sein soll, wobei die bevorzugte Einbauausrichtung
des Rohres horizontal ist.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann
das Rohr 134 6,625 Inch im Durchmesser betragen und 3,125
Inch lang sein. Der Anschlussflansch 140 ist in der Mittelebene
des Rohres angeordnet, und das Rohr ist horizontal mit dem Durchgang 146 an
der niedrigsten Position. Das Drahtgitter-Filtrationsmedium kann
aus Stahldrahtgestrick mit einem Durchmesser von 0,006 Inch bestehen.
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Zusätzlich auf 5A und 5B Bezug nehmend
wird die Zweitstufen-Filtrationsanordnung 124 erörtert.
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Die
Zweitstufen-Filtrationsanordnung 124 umfasst einen Zweitstufenfilter 150,
der ein Fasermatten-Filtrationsmedium, vorzugsweise eine nicht gewebte
Glasfaser, aufweist, und ist in einem spitzen Winkel α (bevorzugt
20 Grad in Bezug auf eine horizontale Referenz H, d. h. in Bezug
auf die zylindrische Achse des Rohrs 134) angebracht, der
nach unten in Richtung der Erststufen-Filtrationsanordnung ausgerichtet
ist. Der Zweitstufenfilter 150 ist zylindrisch und weist
eine gefaltete Konfiguration auf, die auf einer perforierten Innendose 154 aus
Metall ringförmig
angeordnet ist, die einen Filterhohlraum 156 darin definiert.
Die erste und zweite Endkappe 158, 160 sind (durch
Schweißen)
mit der Innendose 154 verbunden und fassen das Fasermatten-Filtrationsmedium
dazwischen ein. Die erste Endkappe 158 ist ringförmig, wobei
diese eine Kappendurchbrechung 162 aufweist, die mit dem
Filterhohlraum 156 ausgerichtet ist. Die zweite Endkappe 160 schließt den Filterhohlraum.
Die Zweitstufen-Filtrationsanordnung 124 ist in einem Filtersitz 166 der
Zweitstufenkammer 118 so angeordnet, dass Kurbelgehäuseluft
aus der Erststufen-Filtrationsanordnung durch die Kappendurchbrechung 162 in
den Filterhohlraum 156 und durch die Perforationen 154p der
Innendose 154 hindurchströmt und dann durch das Fasermatten-Filtrationsmedium
in senkrechter Beziehung zu den Falten (siehe 5B)
hinausströmt.
Die Zweitstufen-Filtrationsanordnung 124 wird durch eine
entfernbare Wartungsplatte 164 des Gehäuses 106 gewartet
(vergleiche 2 und 3, wobei 3 die
Tür entfernt zeigt).
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat die Zweitstufen-Filtrationsanordnung einen Außendurchmesser
von 12 Inch, einen Innendurchmesser von 9 Inch und eine Länge von
16 Inch. Die Zweitstufen-Filtrationsanordnung ist an dem Gehäuse mittels eines
Vier-Stab-Mechanismus in einem 20 Grad Winkel bezüglich der
horizontalen Referenz H angebracht, wobei der niedrigste Punkt benachbart
zu der Erststufen-Filtrationsanordnung ist, so dass gesammeltes Öl in den
Durchgang 146 ablaufen kann. Das bevorzugte Material des
Fasermatten-Filtrationsmediums ist nicht gewebte Glasfaser, die
mehrere Glasfaserbogenumhüllungen
aufweist, wobei die Fasern einen Größenbereich von 2 bis 50 Mikrometer
aufweisen, und deren Dichte beträgt
6 bis 12 lb/ft3.
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Wie
in 3 gezeigt, bildet die Absaugvorrichtung 102 des
Kurbelgehäuseentlüftungssystems 170 (das
kollektiv die Absaugvorrichtung und den Ölabscheider in Form der Zweistufen-Filtrationsanordnung 100 umfasst)
eine Schnittstelle mit dem Gehäuse 106 an
der Absaugkammer 120, um einen Unterdruck stromabwärts der
Zweitstufen-Filtrationsanordnung 124 bereitzustellen, die
Kurbelgehäuseluft
aus der Kurbelgehäuseöffnung 110 zieht
und diese zu der Auslassöffnung 114 ausstößt.
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Im
Betrieb strömt
Kurbelgehäuseluft
ADP, die mit Öltropfen und -partikeln (siehe 3, 4A und 5B)
beladen ist, in Reaktion auf den Betrieb der Absaugvorrichtung 102,
die bevorzugt ein System auf Düsenbasis
ist, aus dem Kurbelgehäuse 108 der
Reihe nach durch die Erst- und Zweitstufen-Filteranordnungen 122, 124,
durch die Absaugvorrichtung 102 und dann aus der Auslassöffnung 114 heraus.
Die Erststufen-Filtrationsanordnung dient dazu, Spritzöl S und
große Öltröpfchen der
Kurbelgehäuseluft
ADP daran zu hindern, zu der Zweitstufen-Filtrationsanordnung
zu wandern, und lässt Öl zu dem
Kurbelgehäuse
zurück
ablaufen. Am Eingang zu der Zweitstufen-Filtrationsanordnung ist
die Kurbelgehäuseluft
Ap nun nur mit kleineren schwebenden Ölpartikeln
beladen, die der Erststufenfilter nicht beseitigen konnte. Die Ölpartikel
werden nun aus der Kurbelgehäuseluft
herausgefiltert, wobei Öltröpfchen D, die
sich daran bilden, durch den Durchgang 146 zu dem Kurbelgehäuse zurück ablaufen.
Auf diese Weise wird aufgrund des Zweistufen-Filtrationssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung Kurbelgehäuseluft
ADP, die mit großen Öltropfen und kleineren Ölpartikeln
beladen ist, effektiv gefiltert, um an der Absaugvorrichtung 102 Kurbelgehäuseluft
A, die eine akzeptable Zusammensetzung für die Abgabe an die Abgase
aufweist, bereitzustellen.
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Fachleute,
an die sich diese Erfindung richtet, können die oben beschriebene
bevorzugte Ausführungsform Änderungen
oder Abwandlungen unterziehen. Derartige Änderungen oder Abwandlungen
können
ausgeführt
werden, ohne vom Erfindungsumfang abzuweichen, der nur vom Umfang
der beigefügten
Ansprüche
eingeschränkt
werden soll.