DE69602873T2

DE69602873T2 - Zentrifugalabscheider für Öl

Info

Publication number: DE69602873T2
Application number: DE69602873T
Authority: DE
Inventors: Fred Kunz; George Lee
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: EP0736673A1; EP0736673B1; DE69602873D1; US5542402A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ölabscheider, die verwendet werden, um Öl von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen in einem positiven Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem (PCV) abzuscheiden.
Einige herkömmliche positive Kurbelgehäuse-Entlüftungssysteme (PCV) scheiden das Öl nicht vom Gas das in der Motorentlüftung ist ab, die sich im Kurbelgehäuse des Motors befindet, bevor es in das Lufteinlassystem des Motors zurückgeleitet wird. Das Entlüftungsgas im Kurbelgehäuse ist im allgemeinen in einem Gas/Ölgemisch vermischt. Vorzugsweise wird das Öl vom Motorentlüftungsgas abgeschieden, bevor das Entlüftungsgas in das Lufteinlassystem geleitet wird. Das Aufsaugen des Öls vom Entlüftungsgas ist wünschenswert, um das Öleinsparen des Motors zu verbessern, indem das abgeschiedene Öl in eine Ölwanne zurückgeleitet wird, um wieder verwendet zu werden, ebenso ist eine Reduzierung der Abgasemissionen wünschenswert, indem die Menge des Öls das zum Lufteinlassystem geleitet wird, reduziert wird.
Designer von Fahrzeugmotoren haben eine Vielzahl von Auslegungen verwendet, um den Fluss des Entlüftungsgases, das im Kurbelgehäuse entsteht, zu handhaben und um das Öl davon abzuscheiden. Einige dieser Systeme funktionieren mit Zentrifugalkraft, um Öl von Entlüftungsgas abzuscheiden. Diese zentrifugalen Ölabscheidetypen, die schon im Fachwissen existieren, erfordern einen Abdichtungsmechanismus zwischen dem rotierenden Glied und der Struktur, auf die es montiert ist, so dass das Entlüftungsgas, das nicht durch den Zentrifugalabscheider-Abschnitt geströmt ist, nicht in das gereinigte Gas kommen wird, das in das Luftinduktionssystem strömt. Daraus ergibt sich ein Problem hinsichtlich des Verschleisses und der Toleranzen auf spezifischen Dichtungen, zusätzlich zu dem Kostenaufwand und der Kompliziertheit des Ölabscheidesystems.
Einige Ölabscheidesysteme verlassen sich auch ausschliesslich auf den Vakuumdruck der im Luftinduktionssystem wirken soll und ein optimaler Betrieb kann sich als schwierig erweisen, wenn der Vakuumdruck niedrig ist (d. h. wenn die Drosselklappen weit geöffnet sind). Ausserdem sollte ein Ölabscheider so stabil wie möglich sein, um den Packageanforderungen des Motors zu entsprechen und er sollte eine minimale Leistungseingabe vom Motor für seinen Antrieb erfordern, während er auf geeignete Weise in allen Betriebsarten funktioniert.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein zentrifugaler Ölabscheider zur Benutzung in einem Verbrennungsmotor angeboten, der ein Kurbelgehäuse hat, das Gas von der Motorentlüftung enthält und ein Luftinduktionssystem, wobei der zentrifugale Ölabscheider enthält:
ein rotierbares Glied mit einem ersten Ventilatorabschnitt, der zentrifugale Ventilatorflügel mit dazwischen liegenden Öffnungen hat, um das Entlüftungsgas vom Kurbelgehäuse aufzunehmen, einen zweiten Ventilatorabschnitt, der neben dem ersten Ventilatorabschnitt liegt und mit ihm rotierbar ist und Zusatz-Ventilatorflügel mit dazwischen liegenden Öffnungen enthält zur Aufnahme des Gases vom ersten Ventilatorabschnitt und eine Montagevorrichtung zur Montage des rotierbaren Glieds an den Motor mit dem ersten Ventilatorabschnitt, der zum Kurbelgehäuse hin orientiert ist;
einen Riemenscheiben-Mechanismus, der mit dem rotierbaren Glied verbunden ist, um die Rotation des ersten und zweiten Ventilatorabschnitts zu bewirken und
eine Antriebsvorrichtung, die im Betrieb in den Riemenscheiben- Mechanismus eingreift und in der das rotierbare Glied derartig geformt ist, dass es eine Lücke zwischen dem ersten Ventilatorabschnitt und dem Motor bildet und in der das rotierbare Glied ausserdem eine Vielzahl von Luftabdichtungsnuten enthält, die sich auf dem ersten Ventilatorabschnitt zwischen dem ersten Ventilatorabschnitt und dem Motor in der Lücke befinden, wodurch die Rotation des ersten Ventilatorabschnitts bewirken wird, dass ein Gasstrom durch die Lücke in das Kurbelgehäuse fliesst.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Methode angeboten für das zentrifugale Abscheiden von Öl vom Motor- Entlüftungsgas, das sich in einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors während des Betriebs des Motors befindet, wobei die Methode beinhaltet:
das Liefern eines ersten rotierbaren Glieds mit zentrifugalen Ventilatorflügeln, die zum Kurbelgehäuse hin orientiert sind;
das Liefern eines zweiten rotierbaren Glieds mit Zusatz- Ventilatorflügeln, die koaxial zu und neben den zentrifugalen Ventilatorflügeln sind;
das Liefern von Abdichtungsnuten um den Rand des ersten rotierbaren Glieds;
das Rotieren des ersten und zweiten rotierbaren Glieds während des Betriebs des Motors, so dass die Zusatz-Ventilatorflügel das Entlüftungsgas des Motors durch die zentrifugalen Ventilatorflügel ziehen werden und wenn das Entlüftungsgas des Motors durch die zentrifugalen Ventilatorflügel strömt, wird das Öl vom Entlüftungsgas abgeschieden und
das Leiten von Luft an den Abdichtungsnuten entlang in das Kurbelgehäuse während das erste rotierbare Glied rotiert.
Das Ölabscheidesystem wird mit zwei Ventilatorflügelsätzen geliefert, der erste scheidet das Öl vom Entlüftungsgas des Motors ab, das aus dem Kurbelgehäuse kommt und der zweite zwingt das Gas in das Lufteinlassystem des Motors zu fliessen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin dass das Öleinsparen des Motors und die Emissionen des Motors verbessert werden, indem die Ölmenge im Entlüftungsgas, das zum Lufteinlassystem zurückgeleitet wird, für alle Betriebsarten des Motors reduziert wird, während eine stabile Form für den Ölabscheider beibehalten wird.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin dass das rotierende Glied, das verursacht dass die Zentrifugalkraft Öl vom Entlüftungsgas des Motors abscheidet, eine Ventilatorabdichtung um seinen äusseren Rand enthält, um das mit Öl verunreinigte Entlüftungsgas im Kurbelgehäuse vom nicht verunreinigten Gasstrom abzudichten, der schon durch mindestens einen Abschnitt des Ölabscheiders geflossen ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin dass das System einen zweiten Satz Ventilatorflügel enthält, die als ein Flussverstärker funktionieren, um das Entlüftungsgas aus dem Kurbelgehäuse abzuziehen, auch wenn das Vakuum im Luftinduktionssystem niedrig ist, wie zum Beispiel beim Betrieb mit weit geöffneter Drosselklappe.
Die Erfindung wird jetzt als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, von denen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines vorderen Abschnitts eines Motors als Teilausschnitt ist;
Fig. 2 eine Vorderansicht eines Abschnitts eines Motors ist, der an der Linie 2-2 der Fig. 1 entlang genommen wurde;
Fig. 3 eine Ausschnittsansicht ist; die an der Linie 3-3 der Fig. 2 entlang genommen wurde, um 45 Grad im Gegenuhrzeigersinn rotiert;
Fig. 4 eine an der Linie 4-4 der Fig. 3 entlang genommene Ansicht ist;
Fig. 5 eine an der Linie 5-5 der Fig. 4 entlang genommene Ansicht ist;
Fig. 6 eine Ausschnittsansicht ist, die an der Linie 6-6 der Fig. 3 entlang genommen wurde;
Fig. 7 eine Ansicht ähnlich der auf Fig. 3 ist, die eine zweite Auslegung der vorliegenden Erfindung darstellt und
Fig. 8 eine Ansicht ähnlich der auf Fig. 7 ist, die eine dritte Auslegung der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Fig. 1-6 stellen eine erste Auslegung der vorliegenden Erfindung dar. Ein Motor 20 enthält eine herkömmliche Nockenwelle 22, die in einen herkömmlichen Ventildeckel 24 montiert ist. Die Nockenwelle 22 ist mit einer herkömmlichen Kurbelwelle verbunden, nicht dargestellt. Der Ventildeckel 24 wird auf den oberen Ende eines vorderen Motordeckels 26 montiert. Ein erster Durchgang 28 für den Luftstrom ist im vorderen Deckel 26 des Motors eingebaut und ein zweiter Durchgang 30 für den Luftstrom ist in den Ventildeckel 24 eingebaut, der mit dem ersten Durchgang 28 für den Luftstrom ausgerichtet ist. Der zweite Durchgang 30 für den Luftstrom führt zu einer Öffnung, die einen Ventilverbinder 27 aus Gummi enthält, um ein herkömmliches PCV-Ventil 29 aufzunehmen. Das PCV-Ventil 29 ist seinerseits mit einem herkömmlichen Lufteinlassystem 31 für den Motor 20 verbunden.
Der vordere Deckel 26 des Motors enthält eine im allgemeinen zylinderförmige Öffnung 32 mit einem Arm 33, der aus ihr hervorragt, neben dem Kurbelgehäuse 34 des Motors, um eine Ölabscheidevorrichtung 36 aufzunehmen. Die Ölabscheidevorrichtung 36 wird in die Öffnung 32 montiert, indem ein Montageglied 38 in die zylinderförmige Öffnung 32 geschoben wird, bis es gegen einen Absatz auf dem Arm 33 des vorderen Deckels 26 stösst und indem es ihn an seiner Stelle blockiert.
Die Ölabscheidevorrichtung 36 enthält ein rotierbares Glied, das ein erstes rotierbares Glied 56 und ein zweites rotierbares Glied 42 enthält. Die Ölabscheidevorrichtung 36 enthält ausserdem das Montageglied 38, Abschnitt eines Montagearms des zweiten rotierbaren Glieds 42 montiert ist. Eine Riemenscheibe 44, die an dem zweiten rotierbaren Glied 42 durch einen Bolzen 46 befestigt ist, der in einem Loch mit einem Gewinde im Montagearmabschnitt des zweiten Glieds 42 verschraubt ist, ist ebenfalls um den Montagearmabschnitt des zweiten rotierenden Glieds 42 montiert. Ein Antriebsriemen 48 greift durch Reibung in die Riemenscheibe 44 ein und ist mit der Kurbelwelle auf herkömmliche Art verbunden, nicht dargestellt, um die Ölabscheidevorrichtung 36 rotierend anzutreiben. Der Antriebsriemen 48 könnte in die Nockenwelle 22 oder in ein anderes rotierendes Glied im Motor, anstatt in die Kurbelwelle eingreifen, wenn dies gewünscht wird, obgleich die Kurbelwelle vorgezogen wird.
Das zweite rotierende Glied 42 enthält auch einen kreisförmigen Abschnitt 50 mit Turboventilatorflügeln 52, die aus ihm herausragen. In der dargestellten Auslegung werden 16 Turboventilatorflügel 52 gezeigt, obwohl auch eine andere Anzahl von Ventilatorflügeln 52 Anwendung finden kann. Die Turboventilatorflügel 52 erstrecken sich radial nach aussen aus einer zentralen Öffnung 53 und sie befinden sich im allgemeinen in gleichmässigem Abstand auf dem Rand um den kreisförmigen Abschnitt 50. Der äussere Abschnitt 54 jedes Turboventilatorflügels 52 winkelt sich vom kreisförmigen Abschnitt 50 in einem Winkel von ungefähr 45 Grad ab.
Das erste rotierende Glied 56 hat im allgemeinen eine zylinderförmige Form mit einer Abschrägung auf einem ersten Ende, das dem äusseren Abschnitt 54 der Turboventilatorflügel 52 gegenüberliegt und in ihn eingebettet ist. Das erste rotierende Glied 56 ist mit dem zweiten rotierenden Glied 42 durch Pressitz oder durch irgendein anderes passendes Mittel befestigt. Dieses erste Ende enthält auch ein zentral angebrachtes Loch 58, das mit der zentralen Öffnung 53 im zweiten rotierenden Glied 42 ausgerichtet ist.
Ein zweites Ende des ersten rotierenden Glieds 56 enthält zentrifugale Ventilatorflügel 60, die sich radial zwischen einem zentralen Scheibenabschnitt 62 und einem äusseren zylinderförmigen Abschnitt 64 erstrecken. In der dargestellten Auslegung existieren 16 Ventilatorflügel 60, obgleich eine andere Anzahl von Ventilatorflügeln 60 Anwendung finden kann. Die Ventilatorflügel 60 befinden sich im allgemeinen in gleichmässigem Abstand auf dem Rand um das zweite Ende des ersten rotierenden Glieds 56.
Der äussere zylinderförmige Abschnitt 64 enthält einen Satz Luftabdichtungsnuten 66 an seiner äusseren Fläche entlang. Die Luftabdichtungsnuten 66 befinden sich im allgemeinen in gleichmässigem Abstand auf dem Rand um den zylinderförmigen Abschnitt 64 und sie sind um ungefähr 45 Grad von der Normalen zum zweiten Ende hin abgewinkelt. Eine kleine Lücke besteht zwischen dem äusseren zylinderförmigen Abschnitt 64 und der Öffnung 32.
Jetzt wird der Betrieb des zentrifugalen Ölabscheiders beschrieben. Wenn der Motor läuft wird die Riemenscheibe 44 vom Antriebsriemen 48 angetrieben. Das erste und zweite Glied 56 und 42 wird zum Rotieren verursacht, um die rotierende Bewegung zu liefern, die für die Erzeugung der Zentrifugalkraft für das Ölabscheiden und den Vakuumverstärker erforderlich ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Riemenscheibe 44 derartig, dass wenn sie in einem typischen Band- und Riemenscheibensystem, das mit einer Kurbelwelle eines Motors verbunden ist, befestigt ist, die Ölabscheidevorrichtung 36 um ungefähr das Zwei- oder Dreifache der Geschwindigkeit der Kurbelwelle eher als bei der Geschwindigkeit der Nockenwelle angetrieben wird oder sogar bei der Geschwindigkeit der Kurbelwelle, um eine gleichmässige rotierende Geschwindigkeit zu gewährleisten, um ihre Funktionen in allen Betriebsarten des Motors auszuführen.
Die zentrifugalen Ventilatorflügel 60 benutzen die durch die Rotation erzeugte Zentrifugalkraft, um das Öl vom Entlüftungsgas des Motors abzuscheiden, wenn es in die Abscheidevorrichtung 36 fliesst und um das Öl direkt in eine Ölwanne zurückzuleiten, nicht dargestellt, im Kurbelgehäuse. Die Turboventilatorflügel 52 erzeugen einen Vakuumstromverstärker hinter den zentrifugalen Ventilatorflügeln 60 und schieben das gefilterte Gas in den Durchgang 28 für den Luftstrom.
Vakuumstromverstärker hinter den zentrifugalen Ventilatorflügeln 60 und schieben das gefilterte Gas in den Durchgang 28 für den Luftstrom.
Dadurch verbessert der Verstärker des zentrifugalen Stroms die Mitnehmerkraft des Stroms, besonders bei hohen Drehzahlen des Motors, wenn in dem Luftinduktionssystem 31 weniger Vakuum in der Rohrleitung ist, um einen gleichmässigen Strom des Gases in das Luftinduktionssystem 31 bei allen Betriebsarten des Motors zu gewährleisten. Dies ermöglicht dass die Grösse der Vorrichtung auf einem Minimum gehalten wird. Ausserdem kann das Potential für die Kondensation des Wassers auf einem Minimum gehalten werden, weil sich der Durchgang 28 für den Strom im vorderen Deckel 26 des Motors befindet.
Die Rotation des ersten rotierenden Glieds 56 verursacht auch die Rotation der Luftabdichtungsnuten 66 im Verhältnis zur Öffnung 32. Die Nuten 66 des kleinen Ventilatortyps sind derartig abgewinkelt, dass die Rotation eine kleine Gasstrommenge verursacht, die sonst in den Durchgang 28 für den Luftstrom kommen würde, um dann zurück in die Kurbelwelle 34 durch die Lücke zu fliessen. Dies bildet wirklich eine Luftabdichtung zwischen dem ersten rotierenden Glied 56 und der Öffnung im vorderen Deckel 26, weil der kleine Rückstrom vermeidet dass irgendein Gasgemisch im Kurbelgehäuse, das nicht durch die zentrifugalen Ventilatorflügel 60 geflossen ist, hier in die Ölabscheidevorrichtung 36 kommt. Die wirksame Luftabdichtung ist wesentlich preiswerter und unkomplizierter als der Versuch eine herkömmliche Abdichtung an dieser Lücke zwischen den rotierenden Teilen anzubringen.
Auf Fig. 7 wird eine zweite Auslegung dargestellt. Sie ähnelt der ersten Auslegung, mit der Ausnahme dass das erste und zweite rotierende Glied der ersten Auslegung jetzt ein einziges integriertes rotierendes Glied 70 ist. Diese Gestaltung ändert etwas den Strom des Gases durch den Stromverstärker, obgleich er im allgemeinen auf die gleiche Art funktioniert. Eine weitere Änderung besteht darin dass das Stromrohr Eine dritte Auslegung wird auf Fig. 8 dargestellt. Diese Auslegung ist im wesentlichen die gleiche wie die zweite Auslegung, mit der Ausnahme dass ein Zwischenraum für das Einführen eines Schaummetallrings 74 geliefert wird. Er befindet sich in der Ölabscheidevorrichtung 36 zwischen den Zentrifugalflügeln und den Turboventilatorflügeln, um das Abscheiden des Öls vom Entlüftungsgas wirksamer zu gestalten.
In einer weiteren Auslegung kann das PCV-Ventil 29, das in der ersten Auslegung dargestellt wird, wegfallen und das gefilterte Entlüftungsgas kann direkt in das Lufteinlassystem 31 geleitet werden, anstatt das Entlüftungsgas durch das PCV-Ventil 29 fliessen zu lassen, bevor es in das Lufteinlassystem 31 kommt, falls dies gewünscht wird.

Claims

1. Ein zentrifugaler Ölabscheider zur Benutzung in einem Verbrennungsmotor (20) mit einem Kurbelgehäuse (34), das Gas von der Entlüftung des Motors enthält und ein Luftinduktionssystem (31), wobei der zentrifugale Ölabscheider (36) enthält:

ein rotierbares Glied (42, 56) mit einem ersten Ventilatorabschnitt (56) mit zentrifugalen Ventilatorflügeln (60) mit dazwischen liegenden Öffnungen zur Aufnahme des Entlüftungsgases vom Kurbelgehäuse (34), einen zweiten Ventilatorabschnitt (42), der neben dem ersten Ventilatorabschnitt (56) liegt und mit ihm rotierbar ist und Zusatz- Ventilatorflügel (52) mit dazwischen liegenden Öffnungen zur Aufnahme des Gases vom ersten Ventilatorabschnitt (56) und eine Montagevorrichtung (38) zur Montage des rotierbaren Glieds (42, 56) an den Motor (20) wobei der erste Ventilatorabschnitt (56) zum Kurbelgehäuse (34) hin orientiert ist;

einen Riemenscheibenmechanismus (44), der mit dem rotierbaren Glied (42, 56) verbunden ist, um die Rotation des ersten (56) und zweiten (42) Ventilatorabschnitts zu verursachen und

eine Antriebsvorrichtung (48), die im Betrieb in den Riemenscheibenmechanismus (44) eingreift und in dem das rotierbare Glied (42, 56) derartig geformt ist, dass es eine Lücke zwischen dem ersten Ventilatorabschnitt (56) und dem Motor (20) bildet und in dem das rotierbare Glied (42, 56) ausserdem eine Vielzahl von Luftabdichtungsnuten (66) enthält, die sich auf dem ersten Ventilatorabschnitt (56) zwischen dem ersten Ventilatorabschnitt (56) und dem Motor (20) in der Lücke befinden, wodurch die Rotation des ersten Ventilatorflügelabschnitts (56) verursachen wird dass Gas durch die Lücke in das Kurbelgehäuse (34) strömen wird.

2. Ein zentrifugaler Ölabscheider nach Anspruch 1, der ausserdem einen Metallschaumring (74) enthält, in dem das rotierbare Glied (42, 56) einen Hohlraum enthält, der sich zwischen dem Zentrifugal und den Zusatz-Ventilatorflügeln (60, 52) befindet, der den Metallschaumring (74) darin aufnimmt.

3. Ein zentrifugaler Ölabscheider nach Anspruch 1 oder 2, in dem das rotierbare Glied (42, 56) aus zwei Teilen besteht, wobei ein erster Teil den ersten Ventilatorabschnitt (56) und ein zweiter Teil den zweiten Ventilatorabschnitt (42) enthält und aus der Montagevorrichtung (38).

4. Ein zentrifugaler Ölabscheider nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Motor (20) einen vorderen Deckel (26) enthält mit einem Durchgang (28, 30) für den Luftstrom, der zum Luftinduktionssystem (31) führt und in dem das rotierbare Glied (42, 56) im vorderen Deckel (26) des Motors montiert ist, so dass die Zusatz- Ventilatorflügel (52) ausgerichtet sind, um Gas in den Durchgang (28, 30) des Luftstroms zu treiben, wenn sie rotieren.

5. Ein zentrifugaler Ölabscheider nach Anspruch 4, in dem der Durchgang (28, 30) für den Luftstrom eine Vorrichtung (27) zur Aufnahme eines positiven Kurbelgehäuse-Entlüftungsventils (29) enthält.

6. Eine Methode zum zentrifugalen Abscheiden von Öl aus den Entlüftungsgasen des Motors, die sich im Kurbelgehäuse (34) eines Verbrennungsmotors (20) während des Betriebs befinden, wobei die Methode beinhaltet:

das Liefern eines ersten rotierbaren Glieds (56) mit zentrifugalen Ventilatorflügeln (60), die zum Kurbelgehäuse (34) hin orientiert sind;

das Liefern eines zweiten rotierbaren Glieds (42) mit Zusatz- Ventilatorflügeln (52), die koaxial zu den zentrifugalen Ventilatorflügeln (60) sind und neben ihnen liegen;

das Liefern von Abdichtungsnuten (66) um den Rand des ersten rotierbaren Glieds (56);

das Rotieren des ersten und zweiten rotierbaren Glieds (42, 56) während des Betriebs des Motors, so dass die Zusatzventilatorflügel (52) Entlüftungsgas des Motors durch die zentrifugalen Ventilatorflügel (60) ziehen werden und wenn das Entlüftungsgas des Motors durch die zentrifugalen Ventilatorflügel (60) strömt, wird Öl vom Entlüftungsgas abgeschieden werden und

das Mitnehmen von Luft an den Abdichtungsnuten (66) entlang in das Kurbelgehäuse (34) während das erste rotierbare Glied (56) rotiert.

7. Eine Methode nach Anspruch 6, die ausserdem folgende Schritte enthält:

das Liefern eines Metallschaumrings (74) zwischen den zentrifugalen Ventilatorflügeln (60) und den Zusatzventilatorflügeln (52) und

das Ziehen von Gas durch den Metallschaumring (74) nachdem es durch die zentrifugalen Ventilatorflügel (60) geströmt ist.