Vorrichtung zur Abscheidung von Fluidpartikeln aus einem aus einem Kurbelgehäuse austretenden Gasstrom

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Fluidpartikeln aus einem aus einem Kurbelgehäuse austretenden Gasstrom mit einem Ventilelement zur volumen- stromabhängigen Aufteilung des Gasstroms auf wenigstens zwei Fluidabscheideeinrichtungen .

Aus der EP 1 090 210 Bl ist ein Verfahren nebst zugehöriger Vorrichtung bekannt, durch welche eine lastabhängige Aufteilung eines Gasstroms, insbesondere von Kurbelgehäu ^¬ seentlüftungsgasen, bekannt ist. Hierbei sind mehrere Zyklone als Fluidabscheideeinrichtungen vorgesehen, die in verschiedenen Kombinationen parallel oder in Reihe geschaltet sind. Vorgesehen ist, den Fluidstrom in Teilströme aufzuteilen, wobei ein erster Teilstrom einer ersten Fluidabscheideeinrichtung zugeführt wird, welche ständig zugeschaltet ist und einen Grundlastbetrieb si ^¬ cherstellt. Bei höheren Volumenströmen öffnet ein Rückschlagventil und gibt den Weg zu einer zweiten Fluidab ^¬ scheideeinrichtung frei. Dieses theoretisch denkbare Grundkonzept ist in der praktischen Umsetzung jedoch schwierig abzustimmen, da z. B. bei der Kurbelgehäuseentlüftung nur geringe Differenzdrücke zwischen den Be-

triebszuständen auftreten.

In dem Moment, in dem das Rückschlagventil bei einer Zu ^¬ satzlast öffnet, wird der Gasstrom schlagartig in zwei Teilgasströme aufgeteilt, wodurch wiederum ein Druckab ^¬ fall einsetzt, so dass sich das Rückschlagventil umgehend wieder schließt. Das Verhalten der bekannten Vorrichtung ist daher sehr instabil. Hinzu kommt, dass die einzelnen Elemente zur Volumenstromteilung und die Ventilelemente zur Zuschaltung bei einer Spitzenlast über zusätzliche Schlauch- oder Rohrstücke miteinander verbunden werden müssen und entsprechend viel Bauraum beansprucht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine bekannte Vorrichtung zur Abscheidung von Fluidpartikeln aus einem Gasstrom, der insbesondere aus einem Kurbelgehäuse austritt, so zu verbessern, dass ein stabileres, schwingungsarmes Verhal ^¬ ten erreicht wird und zudem weniger Bauraum beansprucht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkma ^¬ len des Anspruchs 1 gelöst.

Mit der Kolben-Zylinder-Anordnung, bei der von vornherein eine lose Spielpassung zwischen Kolben und Zylinder vorgesehen ist, wird eine sehr kompakte Bauform erreicht, die zudem in einfacher und kostengünstiger Weise aus Spritzgieß-Kunststoffteilen herstellbar ist. Die bei Spritzgießteilen stets einzukalkulierenden Toleranzen bei der Geometrie werden erfindungsgemäß von vornherein in Kauf genommen und in vorteilhafter Weise mit einbezogen, indem sie der bewussten Herbeiführung von Leckströmungen am Kolben entlang dienen, um im Grundlastbetrieb einen Gasstrom zum abströmseitigen Ende des Ventilelements zu

führen und von dort einer Fluidabscheideeinrichtung zuzuleiten. Desweiteren kann die Leckströmung um den Kolben durch einen längs des Kolbenweges zunehmend größer wer ^¬ denden Ringspalt vergrößert werden. Damit kann bei größer werdendem Volumenstrom der damit verbundene Druckverlust durch den Kolben begrenzt werden.

Die Leckströmungen können weiterhin dadurch beeinflusst werden, dass weitere Bereiche der axialen Querschnitts ^¬ fläche des Kolbens gasdurchlässig gemacht werden, bei ^¬ spielsweise durch axiale Bohrungen oder durch Nuten in der zylindrischen Kolbenwandung.

Zur FeinJustierung kann auch vorgesehen sein, einzelne Bohrungen absperrbar zu machen, um so in Abstimmung mit der Federkonstanten das System in seinem Schaltverhalten zu beeinflussen.

Während eines Grundlastbetriebes wird der Kolben der er ^¬ findungsgemäßen Vorrichtung nicht axial bewegt. Steigt der Volumenstrom der zu entölenden Gase jedoch an, so steigt am Kolben, der ein Strömungshindernis am rohgas- seitigen Ende bildet, der Staudruck an und verschiebt ihn gegen die Federkraft, wodurch die radiale Mündungsöffnung in der Zylinderwand freigegeben wird, sodass Rohgas di ^¬ rekt dort einströmen kann. Vorteilhaft ist auch, dass die Zuschaltung der zweiten Fluidabscheideeinrichtung nicht schlagartig erfolgt, sondern dass der abgezweigte Volu ^¬ menstrom kontinuierlich ansteigt, da der Kolben die Mündungsöffnung erst nur einen Spalt breit freigibt und dann mit zunehmender Verschiebung mehr und mehr öffnungsfläche zur Verfügung steht .

Vorgesehen ist bevorzugt, die zweite Fluidabscheideein-

richtung, die bei Verschiebung des Kolbens zugeschaltet wird, im Vergleich zu der ersten Fluidabscheideeinrich- tung leistungsfähiger auszulegen und auch die Querschnitte der Mündungsöffnung mit der sich anschließenden Abzweigleitung bis zur zweiten Fluidabscheideeinrichtung entsprechend groß zu wählen, so dass nahezu der gesamte Volumenstrom des Rohgases in die zweite Fluidabschei ^¬ deeinrichtung geleitet und dort entölt wird und nur noch eine vernachlässigbare Restströmung das durch den Kolben gebildet Strömungshindernis passiert und in die erste Fluidabscheideeinrichtung gelangt. Das erfindungsgemäße Ventilelement wirkt quasi als Umschalter auf die zweite, leistungsfähigere Abscheidevorrichtung, die insbesondere als an sich bekannter Zyklon zur ölabscheidung aus Kur- belgehäusentlüftungsgasen ausgebildet ist. Durch die Um- schaltung steht an der Rohgasseite des Kolbens nahezu der gesamte Volumenstrom an, der einen solchen Staudruck bewirkt, dass der Kolben verschoben bleibt, bis sich der Betriebszustand der vorgeschalteten Brennkraftmaschine wieder ändert und sich wieder ein Grundlastbetrieb ein ^¬ stellt. Dann fährt der Kolben aufgrund der Kraft einer Rückholeinrichtung, insbesondere einer Feder, in seine Ausgangsstellung zurück, wobei nach und nach die zusätzlichen Fluidabscheideeinrichtungen wieder abgeschaltet werden und wieder der Grundlaststrom den Kolben passiert und die erste Fluidabscheideeinrichtung erreicht.

Nach dieser Ausführungsform kann noch vorgesehen sein, eine oder mehrere weitere Fluidabscheideeinrichtungen vorzusehen und diese über zusätzliche Mündungsöffnungen zu versorgen, die stromabwärts in Bezug auf die erste Mündungsöffnung angeordnet ist. Somit wären dann insge-

samt drei Betriebszustände zu erreichen:

Im ersten Betriebszustand gelangt ein kleiner Gasstrom an dem Kolben vorbei zur ersten Fluidabscheideeinrich- tung .

In einem zweiten Betriebszustand mit erhöhtem Volumenstrom wird die zweite Fluidabscheideeinrichtung freigegeben .

Treten dann nochmals zusätzliche Spitzenlasten auf, kann auch noch die dritte Fluidabscheideeinrichtung freigegeben werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Systems liegt insbesondere darin, dass sich die Volumenströme gegenseitig be ^¬ dingen und nur über ein gemeinsames Schaltelement, den Kolben im Zylinder, aufgeteilt werden. Neben einer bloßen Zuschaltung, die auch nach dem Stand der Technik vorgesehen ist, ist erfindungsgemäß auch eine Umschaltung mög ^¬ lich, wie oben dargelegt, wenn nämlich der Kolben als Strömungshindernis dient und die Größe der ersten Mün ^¬ dungsöffnung einschließlich der zweiten Fluidabscheideeinrichtung so ausgelegt werden, dass nach einer Umschaltung kein nennenswerter Gasstrom mehr den Kolben passiert und in die erste Fluidabscheideeinrichtung eingeleitet wird.

Grundsätzlich kann aber auch eine gleichmäßige Aufteilung vorgesehen sein, sodass bei freigegebener zweiter Fluidabscheideeinrichtung die beiden Fluidabscheideeinrich- tungen jeweils einen etwa gleichgroßen Gasstrom zugeführt erhalten .

Der Kolben kann an einem Führungselement axial geführt sein, beispielsweise an einer zentral im Zylinder befes-

tigten Führungsstange.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeich ^¬ nungen näher erläutert. Die Figuren zeigen jeweils in einer schematischen Schnittansicht verschiedene Betriebszu- stände . Es zeigen:

Figur 1 ein Ventilelement im Grundlastbetrieb. Figur 2 ein Ventilelement im mittleren Lastbetrieb.

Figur 3 ein Ventilelement im Volllastbetrieb.

Figur 4 eine weitere Variante eines Ventilelements.

Es besteht im Wesentlichen aus einem Zylinder 11, welcher an einer Rohgasseite 11.1 offen ist und im dargestellten Ausführungsbeispiel an seinem abströmseitigen Ende verschlossen ist. Der Zylinder 11 weist in seinem Zylindermantel mehrere axial beabstandete Mündungsöffnungen 15, 16, 19 auf, von dem jeweils Abzweigleitungen zu Zyklonen 21, 22, 23 als Fluidabscheideeinrichtungen geführt sind.

Innerhalb des Zylinders 11 ist ein Kolben 12 verschiebbar abgeordnet. Der Kolben 12 weist eine zentrale Bohrung 14 auf, in der eine Führungsstange 17, die mit dem Zylinder 11 fest verbunden ist, geführt ist. Am abströmseitigen Ende des Kolbens ist eine Druckfeder 18 angeordnet, die sich am Boden 11.2 des Zylinders 11 abstützt. Der Kolben weist zudem mehrere axiale Bohrungen 13 auf, um den für den Grundlastbetrieb vorgesehenen Gasstrom zu ermögli ^¬ chen .

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei nachfolgend noch einmal anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert:

Im Grundlastbetrieb wird die in Fig. 1 dargestellte Posi ^¬ tion des Kolbens eingenommen. Ein Leckstrom passiert den Kolben im Randbereich wie auch durch die Bohrungen 13, 14 und tritt durch die Mündungsöffnung 19 in einen ersten Zyklon 21 ein.

Steigt am rohgasseitigen Ende 11.1 der Staudruck an der Kolbenstirnfläche, so wird dieser - wie in Fig. 2 darge ^¬ stellt - gegen die Kraft der Feder 18 ausgelenkt und gibt die Mündungsöffnung 15 frei, wodurch Rohgas in den zweiten Zyklon 22 einströmt. Durch die Dicke der Pfeile sind die Teilstromverhältnisse angedeutet.

Bei nochmaliger Druckerhöhung am rohgasseitigen Ende 11.1 wird der Kolben 12 schließlich soweit verschoben (vgl. Fig. 3), dass auch die zweite Mündungsöffnung 16 freige ^¬ geben ist und Gas in den dritten Zyklon 3 einströmen kann .

Je nach Auslegung und Abstimmung der Vorrichtung befinden sich nun entweder alle drei Zyklone 21, 22, 23 im Eingriff oder aber der erste Zyklon 21 für den Grundlastbetrieb ist bis auf einen vernachlässigbaren Restgasstrom außer Betrieb, wohingegen die Hauptlast in gleicher Weise auf die Zyklone 22 und 23 verteilt ist.

In Figur 4 ist eine weitere Variante eines Ventilelements 100 dargestellt. Dieses weist ein Gehäuse 101 auf, in dem drei Zyklone 102, 103, 104 angeordnet sind, sowie ein überdruckventil 105. Das Gehäuse besitzt einen Rohgasein ^¬ tritt 106, von dem aus sich ein zylindrischer Bereich 107 erstreckt. In dem zylindrischen Bereich ist ein Kolben 108 längs verschieblich angeordnet. Der Kolben wird ge-

führt, an einer seitlich angeordneten Linearführung 109, die beispielsweise nach Art einer Schwalbenschwanzführung aufgebaut ist. Linksseitig ist der Kolben durch eine Fe ^¬ der 110 abgestützt. In der hier gezeigten Stellung gibt der Kolben den Zykloneinlasskanal 111 des Zyklons 104 frei, sodass das ungereingte Gas in diesen Zyklon ein ^¬ strömen kann und dort entölt wird. Der zylindrische Be ^¬ reich 107 ist mit einer sogenannten Auftulpung 112 versehen, die sich längs des Kolbenverschiebewegs erstreckt. Sofern sich der Kolben in der vorderen rechtzeitigen Ruhestellung - gezeigt durch die gestrichelte Darstellung

113 - befindet, ist diese Auftulpung und Kolbenumgehung verschlossen. Bewegt sich der Kolben aufgrund des Staudrucks nach links, gibt er einen Bypass gemäß dem Pfeil

114 im Bereich der Auftulpung frei, sodass Rohgas auch zu dem Zyklon 102 strömen kann. Diese Auftulpung hat den Vorteil, dass ein gezielter Leckstrom, der an dem Kolben 108 vorbeigeführt wird, eingestellt werden kann.

Wie bereits in Figur 3 dargestellt, wird sich bei einem höheren Staudruck der Kolben nach links bewegen und auch den Zyklon 103 freigeben. Das überdruckventil 105 sorgt dafür, dass bei einem extrem hohen Rohgasdruck ein bestimmter Anteil über dieses überdruckventil abströmen kann .