DE10362162B4 - Ölabscheidevorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Ölabscheidevorrichtung für eine Brennkraftmaschine,
die in einen Strömungsweg für mit Ölteilchen beladenes Blow-by-Gas zwischen einem Kurbelgehäuse und einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eingeschaltet ist und
einen Ölabscheider mit mehreren verengten Durchlässen (s) aufweist,
durch welche gleichzeitig ein Volumenstrom des mit Ölteilchen beladenen Blow-by-Gases hindurchgeleitet und abgelenkt wird,
wobei die Ölteilchen an einer Wandung (24) abgeschieden werden,
von der die Ölteilchen in einen Ölrücklauf zum Kurbelgehäuse zurückströmen, wobei
– jeder Durchlass (s) von einem Spalt kleiner, variabler Spaltweite und großen Spaltdurchtrittsquerschnitts gebildet ist,
– jedem Durchlass (s) eine freikragend eingespannte Federzunge (28) zugeordnet ist, die quer zu ihrer Längserstreckung auf ihrer flachen Seite von dem Volumenstrom des Blow-by-Gases beaufschlagt ist und je nach Größe des vom Betriebspunkt der Bremskraftmaschine abhängigen Volumenstroms des Blow-by-Gases einen entsprechenden Spalt (s) zum Durchlassen des Volumenstroms des Blow-by-Gases freigibt und
– die Wandung als Prallwand (24) ausgeführt ist und...

Description

• Die Erfindung betrifft eine Ölabscheidevorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
• Die US 2001/0025633A1 offenbart eine Ölabscheidevorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die in einen Strömungsweg für mit Ölteilchen beladenes Blow-by-Gas zwischen einem Kurbelgehäuse und einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eingeschaltet ist und einen Ölabscheider mit mindestens einem verengten Durchlass aufweist, durch welchen ein Volumenstrom des mit Ölteilchen beladenen Blow-by-Gases hindurchgeleitet und abgelenkt wird, wobei Ölteilchen an einer Wandung abgeschieden werden, von der die Ölteilchen in einen Ölrücklauf zum Kurbelgehäuse zurückströmen, wobei der mindestens eine Durchlass von einem Spalt kleiner, variabler Spaltweite und großen Spaltdurchtrittsquerschnitts gebildet ist, wobei die Spaltweite abhängig vom Volumenstrom des mit Ölteilchen beladenen Blow-by-Gases durch den Spalt gegen den Widerstand einer freikragend eingespannten Federzunge verändert wird, die quer zu ihrer Längserstreckung auf ihrer flachen Seite von dem Volumenstrom des Blow-by-Gases beaufschlagt ist und je nach Größe des vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängigen Volumenstroms des Blow-by-Gases einen entsprechenden Spalt (s) zum Durchlassen des Volumenstroms des Blow-by-Gases freigibt.
• Die GB 613 386 offenbart eine Ölabscheidevorrichtung, bei der eine mittig eingespannte flexible Ventilplatte einen Durchlass für einen Volumenstrom von Blow-by-Gas abhängig von der Größe des Volumenstroms mehr oder weniger freigibt.
• Zum weiteren Stand der Technik wird auf die GB 1 255 642 und die DE 199 51 028A1 verwiesen.
• Um der schärferen Abgasgesetzgebung sind der Forderung nach geringerem Ölverbrauch Rechnung zu tragen, sind effiziente Ölabscheider in der Motorenentlüftung von Verbrennungsmotoren wünschenswert.
• Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daß die Wirksamkeit der Ölabscheidung sich mit den Einbaubedingungen des Motors, z.B. der Neigung der Motorlängsachse, sowie mit der Art der Füllungssteuerung der Zylinder der Brennkraftmaschine verändern.
• Die Forderung nach geringen Druckverlusten verursacht einen Zielkonflikt für die Entwicklung von Ölabscheidern mit Trägheitsabscheidung, weil mit steigendem Volumenstrom, also steigender Strömungsgeschwindigkeit, der Druckverlust überproportional ansteigt. Da bei Verbrennungsmotoren der Blow-by-Strom über dem Motorkennfeld erheblich variieren kann, ein herkömmlicher Trägheitsabscheider aber erst ab einer ausreichenden Strömungsgeschwindigkeit einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad erreicht, stellen bisher ausgeführte Abscheider einfacher Bauart einen Kompromiß zwischen ausreichendem Wirkungsgrad bei kleinen Volumenströmen und hohen Druckverlusten bei hohen Volumenströmen dar.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen hoch effizienten Ölabscheider einfachen Aufbaus und geringer Empfindlichkeit gegen Verschmutzung zu schaffen, der geringe Druckverluste hat, von den Einbaubedingungen des Motors unabhängig ist und eine Anpassung an unterschiedliche Systeme zur Füllungssteuerung ermöglicht.
• Zur Lösung dieser Aufgabe dient Patentanspruch 1.
• Bei einer Ölabscheidevorrichtung nach der Erfindung werden die freikragend eingespannten Federzungen gleichzeitig durch die Blow-by-Gase beaufschlagt, die Durchlässe mit veränderlichen Strömungsquerschnitten freigeben, was zu annähernd konstanten, hohen Strömungsge schwindigkeiten führt, die zu einer Absheidung auf der Prallplatte auch kleinster Flüssigkeitspartikel aufgrund von Trägheitseinwirkungen ausreichen. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß der Druckverlust mit über den Betriebsbereich steigendem Volumenstrom annähernd linear ansteigt. Die mit dem Volumenstrom bzw. mit der Druckdifferenz der Drücke im Gasstrom vor und hinter den Durchlässen sich verändernden Spaltweiten ermöglichen ein Anpassen der Abscheideleistung des Ölabscheiders an alle in der Praxis vorkommenden Einbaubedingungen und Füllungssteuerungen der Brennkraftmaschine.
• Zur Abscheidung der Ölteilchen aus dem Volumenstrom der Blow-by-Gase kann eine gemeinsame Prallwand dienen, die von der Innenwand eines Gehäuses des Ölabscheiders gebildet sein kann.
• Die Lösung nach der Erfindung zeichnet sich durch sehr geringe Bauhöhe aus.
• Die freikragend eingespannten Federzungen können quer zur Strömungsrichtung mit gleichzeitiger Beaufschlagung durch den Volumenstrom der Blow-by-Gase in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein.
• Jede Federzunge kann auch eine eigene Prallwand haben auf die das durch den Spalt strömende Gas mit hoher Geschwindigkeit aufprallt und dort abgeschiedenes Öl hinterläßt.
• Besonders bevorzugt ist eine Ölabscheidevorrichtung mit in die Ventilhaube der Brennkraftmaschine integriertem Ölabscheider, wie dies an sich aus der DE 198 13 702 C1 bekannt ist. Der Einbau des Ölabscheiders gemäß der Erfindung in die Ventilhaube hat den Vorteil, daß die Blow-by-Gase über die vorhandenen Ölrücklaufbohrungen des Motorblocks in die vorhandene Ventilhaube gelangen, so daß Leitungen für die Blow-by-Gase außerhalb des Motors eingespart werden können.
• Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen unter Schutz gestellt.
• Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Ausführung eines Ölabscheiders mit Schraubenzugfeder, die nicht durch die Patentansprüche gedeckt ist.
• 2 einen Schnitt wie 1 durch eine Ausführung gemäß der Erfindung mit Federzungen;
• 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in 2;
• 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IV in 2 eines Zungenventils gemäß 2 oder 3;
• 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in 4;
• 6 und 7 in Schnitten wie 2 zwei Varianten der Ausführung nach 2;
• 8 eine Variante des Ölabscheiders nach 1 in einer in eine Ventilhaube eingebauten Konstruktion;
• 9, 10 und 11 Teilansichten in Richtung des Pfeiles IV in 2 auf alternative Ausführungen von Federzungen-Anordnungen;
• 12 eine Einzelheit bei XII in 2.
• Bei der in 1 gezeigten Ölabscheidevorrichtung ist ein zylindrisches Gehäuse 1 des Ölabscheiders mit einer Zuleitung für ölbeladenes Blow-by-Gas 2, einer Ableitung 3 für entöltes Blow-by-Gas, einer Prallwand 4 für abgeschiedenes Öl, einem Sammelraum 5 für abgeschiedenes Öl und einer Ölablaufleitung 6 für das abgeschiedene Öl vertikal im Motorraum eines Kraftfahrzeugs angeordnet.
• Die von unten sich in das vertikale Gehäuse hinein erstreckende rohrförmige Zuleitung 2 ist an ihrem oberen, inneren Ende 12 abgeschlossen und hat etwas unterhalb davon Längsschlitze 7 in ihrem Rohrmantel, durch die das Blow-by-Gas in den Innenraum 13 des Gehäuses im Bereich innerhalb einer Schraubenzugfeder 8 eintritt. Die Schraubenzugfeder ist zwischen einem mit der Zuleitung 2 fest verbundenen unteren Federteller 9 und einem oberen, beweglichen Federteller 10 geringfügig vorgespannt, welcher mittels einer mit dem beweglichen Federteller 10 einteiligen Führungshülse 11 an dem oberen abgeschlossenen Ende 12 der Zuleitung 2 axial geführt ist. Die Prallwand 4 ist von der vertikalen zylindrischen Innenwand des Gehäuses 1 Gehäuses 1 gebildet, die im oberen Bereich eine Kammer 13 zum Sammeln des entölten Gases hat, deren Decke von der Ableitung 2 für dieses Gas durchsetzt ist.
• Zwischen den Windungen der Schraubenzugfeder 8 sind Durchlässe bzw. Spalte s gebildet, deren Spaltweite vom Volumenstrom durch den Spalt bzw. von der Druckdifferenz zwischen dem Druck des Blow-by-Gases innerhalb der Zuleitung 2 bzw. der Schraubenzugfeder 8 und der Kammer 13 außerhalb der Schraubenzugfeder 8 bestimmt ist. Durch die Spalte s zwischen den Windungen 81 strömt das Blow-by-Gas mit hoher Geschwindigkeit auf die zylindrische Prallwand 4, wobei die schwereren, von dem Gas mitgeführten Ölteilchen auf der Prallwand 4 auftreffen und davon nach unten in den Sammelraum 5 abtropfen, um von dort über die Ölablaufleitung 6 in das Kurbelgehäuse zurückzuströmen, während das von Öl befreite Gas in Pfeilrichtung nach oben zur Ableitung 3 umgelenkt wird. Alternativ und/oder ergänzend können auch die Windungen 81 der Schraubenzugfeder 8 selbst mit ihren stromabwärtigen Wandbereichen auf der Außenseite der Feder die erforderlichen Abscheide- und Ableitflächen für das abzuscheidende Öl bereitstellen. Eine Prallwand 4 kann sich dann erübrigen.
• Bei der Ausführung einer Ölabscheidevorrichtung gemäß der Erfindung nach den 2 bis 7 ist ebenfalls ein Gehäuse 21 mit Zuleitung 22 für das ölbeladene Blow-by-Gas und einer oberen Kammer 33 mit Ableitung 23 für das entölte Blow-by-Gas vorgesehen. Hier ist der Innenraum des Gehäuses durch eine schräge Trennwand 30 mit mehreren großen Durchlaßöffnungen 31 unterteilt, die auf ihrer Oberseite von je einer Blattfeder oder Federzunge 28 überdeckt sind, welche jeweils mit ihrem unteren Ende (2, 6 oder 7) 29 an der Trennwand 30 befestigt sind und mit ihrem frei auskragenden oberen Ende einen Spalt s zur Trennwand 30 bilden. Die Federzunge 28 deckt in unbelastetem Ruhezustand die zugehörige Öffnung 31 in der Trennwand 30 vollständig ab, wie dies insbesondere aus den 4 und 5 hervorgeht, aus denen auch die kreisförmige Gestalt der Federzunge 28 deutlich wird. Jede Federzunge 28 ist von einer Prallwand 24 umgeben, die senkrecht von der Trennwand 30 hochsteht und sich über den größten Teil des Umfangs der Federzunge 28 erstreckt.
• In das Gehäuse 21 über die Zuleitung 22 einströmendes, ölbeladenes Blow-by-Gas drückt die Federzungen 28 von den zugehörigen Öffnungen 31 weg in Offenstellung, so daß das Gas zunächst die Öffnungen 31 in der Trennwand 30 und anschließend die Spalte s zwischen den Federzungen 28 und der Trennwand 30 passiert, um anschließend mit hoher Geschwindigkeit auf die Prallwände 24 aufzutreffen und dort mitgeführtes Öl abzuscheiden. Dieses Öl fließt dann von den unteren offenen Enden 24a, 24b (4) der Prallwände 24 längs der Trennwand 30 nach unten ab, um so in den Sammelraum 25 und von dort über die abwärts geneigte Ölablaufleitung 26 (3) zurück in das Kurbelgehäuse zu gelangen. Das entölte Gas gelangt aus der oberhalb der Trennwand 30 gelegenen Kammer 33 über die Ableitung 23 nach außen.
• Die Ausführung nach 6 unterscheidet sich von derjenigen nach den 2 bis 5 lediglich dadurch, daß die Trennwand 30 über den Sammelraum 25 hinweg nach unten fortgesetzt ist und eine weitere Öffnung 34 in einem unteren Abschnitt 30a hat, welche von der Federzunge 35 eines Zungenventils überlappt ist, das ähnlich wie die Federzunge 28, jedoch an der Unterseite der Trennwand 30 bei 36 befestigt ist. Die Federzunge 35 öffnet, d.h. biegt sich nach unten durch, sobald der Öldruck im Sammelraum 25 einen vorgegebenen Wert überschritten hat, und stellt dann eine Verbindung zu dem nicht gezeigten Rücklauf zum Kurbelgehäuse her.
• Bei der weiteren Abwandlung des Ölabscheiders nach den 2 bis 5 gemäß 7 ist der Ölablauf wie folgt modifiziert: Hier ist eine Gassperre zur Vermeidung der Rückströmung von entöltem Blow-by-Gas in den Ölrücklauf dadurch vorgesehen, daß ein oben geschlossenes Steigrohr 40 über ein sich in dieses hinein erstreckendes Ölablaufrohr 41 mit schräg angeschnittenem offenen Ende 42 gestülpt ist, wobei ein halbtorusförmiger Sammelraum 25 um die Anordnung aus dem Steigrohr 40 und dem in dieses hineinragenden Ölablaufrohr 41 derart gebildet ist, daß stets ein gasundurchlässiger Ölspiegel im Halbtorus besteht, der das Abströmen von Blow-by-Gas über das Ölablaufrohr 41 verhindert. Das Steigrohr 40 ist über einen Bügel 44 fest mit der Außenwand des Gehäuses 21 verbunden.
• Die Ausführung nach 8 zeigt ein als Ölabscheider wirkendes, insgesamt mit der Bezugszahl 50 bezeichnetes Druckregelventil, das in eine Ventilhaube 51 integriert ist. In das Gehäuse 52 des Druckregelventils 50 strömt von außen ölbeladenes Blow-by-Gas bei 52 ein und passiert dort Durchlässe oder Spalte s zwischen den Windungen einer Schraubenfeder 53, wodurch aufgrund der scharfen Umlenkung des Blow-by-Gases Öl an den Wänden einer Ausgangsleitung 54 abgeschieden wird und aufgrund deren Neigung nach unten abfließt, wo das Öl in eine Tropfenfalle 55 mit Zungenventil 56 unmittelbar oberhalb einer Ölablauflei tung 57 gelangt, während das entölte Blow-by-Gas über einen Schlauchstutzen 58 zum Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird.
• 9 zeigt eine schematische Teilansicht in Richtung des Pfeiles IV in 2, bei der dort und in 3 gezeigten Ausführung. Jede Durchlaßöffnung 31 ist dabei von einer eigenen Prallwand umgeben.
• Bei der Ausführung nach 10 sind sämtliche Durchlaßöffnungen 31 von einer gemeinsamen Prallwand 240 umgeben, was bei praktisch unveränderter Abscheideleistung zu geringerem Platzbedarf führt.
• Um die Abscheideleistung noch zu verbessern, ist bei der Ausführung nach 11 die gemeinsame Prallwand 240 von einem Deckel 242 abgedeckt. Diese Anordnung ist zum Ermöglichen des Ablaufes des abgeschiedenen Öls nach unten hin offen.
• 12 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Umrandung 310 der Durchlaßöffnung 31 gemäß 2. Die zugehörige Federzunge 28 ist in 12 in durch Blow-by-Gas (s. Pfeil b) beaufschlagter Offenstellung dargestellt. Die Umrandung 310 ist von zwei konzentrischen, kreisförmigen Vorsprüngen 311, 312 gebildet, auf denen die Federzunge 28 im unbelasteten Ruhezustand mit Linienberührung abdichtend aufliegt. Hierdurch kann die Abscheideleistung deutlich gesteigert werden.
• Eine weitere Abwandlung besteht darin, daß die Prallwand 24 der Ausführung nach 12 sich in eine um 90° parallel zur Trennwand 30 verlaufende Abwinkelung 244 fortsetzt, die eine nochmalige Umlenkung des Gasstromes und damit eine verbesserte Abscheidewirkung zur Folge hat, wie die durch Pfeil c angedeutete Bahn des entölten Gases andeutet. Durch die Pfeile a sind die Strömungsbahnen der Ölteilchen dargestellt, deren kleinere und kleinste Teilchen sich auf der Innenwand der Abwinkelung 244 niederschlagen.
• Schließlich ist in 12 ein Schlitz 313 angedeutet, welcher die Vorsprünge 311, 312 radial durchsetzt. Dieser Schlitz 313 bezweckt, einer nach längerer Ruhezeit der Federzungen 28 beobachteten Neigung zum Ankleben der Federzunge an der Umrandung 310 vorzubeugen.
• Statt eines Schlitzes 313 kann die Umrandung auch aufgerauht sein.
• Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

1, 21

Gehäuse

2, 22

Zuleitung für Blow-by-Gas

3, 23

Ableitung für entöltes Blow-by-Gas

4, 24, 240

Prallwand

5, 25

Sammelraum

6, 26

Ölablaufleitung

7

Längsschlitze der Zuleitung 2

8

Schraubenzugfeder

9

unterer Federteller

10

oberer Federteller

11

Führungshülse

12

oberes, geschlossenes Ende der Zuleitung 2

13, 33

Kammer

28, 35

Federzunge

29, 36

Befestigung der Federzunge

30

Trennwand

30a

unterer Abschnitt der Trennwand

31

Durchlassöffnungen for Blow-by-Gas

34

Ölablauföffnung

40

Steigrohr

41

Ölablaufrohr

42

schräge Mündung

43

Ölspiegel

50

Druckregelventil

51

Ventilhaube

52

Einströmort/Blow-by-Gas

53

Schraubenfeder

54

Ablaufleitung

55

Tropfenfalle

56

Zungenventil

57

Ölablaufleitung

58

Schlauchstutzen zum Ansaugtrakt

242

Deckel

244

Abwinkelung

310

Umrandung

311, 312

Vosprünge

313

Schlitz

Claims (14)

1. Ölabscheidevorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die in einen Strömungsweg für mit Ölteilchen beladenes Blow-by-Gas zwischen einem Kurbelgehäuse und einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eingeschaltet ist und einen Ölabscheider mit mehreren verengten Durchlässen (s) aufweist, durch welche gleichzeitig ein Volumenstrom des mit Ölteilchen beladenen Blow-by-Gases hindurchgeleitet und abgelenkt wird, wobei die Ölteilchen an einer Wandung (24) abgeschieden werden, von der die Ölteilchen in einen Ölrücklauf zum Kurbelgehäuse zurückströmen, wobei – jeder Durchlass (s) von einem Spalt kleiner, variabler Spaltweite und großen Spaltdurchtrittsquerschnitts gebildet ist, – jedem Durchlass (s) eine freikragend eingespannte Federzunge (28) zugeordnet ist, die quer zu ihrer Längserstreckung auf ihrer flachen Seite von dem Volumenstrom des Blow-by-Gases beaufschlagt ist und je nach Größe des vom Betriebspunkt der Bremskraftmaschine abhängigen Volumenstroms des Blow-by-Gases einen entsprechenden Spalt (s) zum Durchlassen des Volumenstroms des Blow-by-Gases freigibt und – die Wandung als Prallwand (24) ausgeführt ist und in Strömungsrichtung gesehen so hinter jedem Durchlass (s) angeordnet ist, daß das Blow-by-Gas mit hoher Geschwindigkeit auf die Prallwand (24) auftrifft und darin mitgeführtes Öl abgeschieden wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Federzunge (28) eine Dämpfung aufweist, die ein Schwingen der Federzunge abschwächt, und aus einer Beschichtung mit einem dämpfenden Material, insbesondere einem Elastomer, bestehen kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand (24) eine Abwinkelung (244) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand (24) eine Umrandung (310) zur Auflage jeder Federzunge (28) in deren vom Volumenstrom des Blow-by-Gases unbeaufschlagten Zustand mit abdichtender Linienberührung (311, 312) bildet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrandung (310) einen Schlitz (313) oder eine Aufrauhung aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand an der Federzunge ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ölabscheider ein Druckregelventil (50) nachgeschaltet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckregelventil (50) eine Tropfenfalle (55) nachgeschaltet ist, deren Ölrcklauf unterhalb des Ölspiegels eines Ölsumpfes mündet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfenfalle (55) ein Rückschlagventil aufweist und daß der Ölrücklauf zur Tropfenfalle in einen Ventilraum eines Zylinderkopfes mündet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ölrücklauf eine Gassperre (40–43) eingebaut ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölrücklauf als Syphon ausgeführt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassperre von einem Zungenventil (34, 35, 36) gebildet ist, welches bei Unterdruck öffnet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gassperre von einem Kugelrückschlagventil gebildet ist, welches bei Unterdruck öffnet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprühe 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Ventilhaube (57) der Brennkraftmaschine integriert ist.