CH693002A5

CH693002A5 - Oelabscheidevorrichtung.

Info

Publication number: CH693002A5
Application number: CH02284/97A
Authority: CH
Inventors: Bruno Hezel
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1996-10-12
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2003-01-15
Also published as: DE19642218A1; DE19642218C2; CZ322997A3; CZ292397B6; FR2754470B1; FR2754470A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine \labscheidevorrichtung, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, zur Abscheidung von \l aus einem \l-Gas-Gemisch mit einem in einem Gehäuse angeordneten \labscheideelement.

Während des Arbeitsprozesses in Verbrennungskraftmaschinen entsteht durch geringe Undichtigkeiten im Bereich der Kolbenringspalte ein Druckverlust, der dazu führt, dass aus dem Verbrennungsraum als "Blow-by-Gas" bezeichnete Verbrennungsgase in das Kurbelgehäuse entweichen. Im Kurbelgehäuse befinden sich beispielsweise von der Antriebskette des Nockenwellenantriebes herrührende \ltröpfchen, die von den Verbrennungsgasen aufgenommen werden und auf diese Weise in den Verbrennungsprozess gelangen. Um die durch \lverbrennung verursachte Schadstoffemission zu senken, wurden \labscheider entwickelt, die das \l aus dem \l-Gas-Gemisch entfernen sollen.

Dazu sind \labscheider bekannt, die im Wesentlichen aus einem groben Drahtgeflecht bestehen, das Kondensationspunkte bietet, an denen sich die \ltröpfchen sammeln und in einem bereitgestellten \lsumpf als abgeschiedenes \l dem Motorölkreislauf wieder zugeführt werden. Bekannt sind ausserdem so genannte Zyklonabscheider, die in einem Gehäuse stromführende Rippen aufweisen, an die das \l-Gas-Gemisch geführt und scharf umgelenkt wird. Das \l wird in dieser Art von Abscheidern nicht primär durch Kondensation, sondern durch die auf das \l wirkende Trägheitskraft abgeschieden. Als nachteilig bei dem erst genannten Abscheidertyp erweist sich unter anderem, dass insbesondere kleine \ltröpfchen nicht abgeschieden werden können.

Als nachteilig für beide Typen von Abscheidern erweist sich, dass diese ihren optimalen Arbeitspunkt stets nur im Stationärbetrieb der Verbrennungskraftmaschine erreichen, das heisst, bei einer konstanten Menge an entweichendem Verbrennungsgas. Insbesondere im Instationärbetrieb, wie er für den Normalbetrieb eines Kraftfahrzeuges durch das ständig erforderliche Hoch- beziehungsweise Herunterschalten üblich ist, sind diese Systeme für eine effiziente \labscheidung nicht mehr ausreichend.

Vorteile der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine \labscheidevorrichtung, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, zur Abscheidung von \l aus einem \l-Gas-Gemisch mit einem in einem Gehäuse angeordneten \labscheideelement, wobei dieses \labscheideelement eine erste und eine zweite jeweils mit einer Hochspannungsquelle verbundene Elektrode aufweist. Beide Elektroden sind im Strömungsweg des \l-Gas-Gemisches angeordnet und weisen unterschiedliche Polarität auf. Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise das elektrostatische Prinzip aus, bei dem die von der ersten Elektrode aufgeladenen \ltröpfchen von der zweiten Elektrode angezogen und gesammelt werden. Diese erfindungsgemässe \labscheidevorrichtung ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau, der nur wenige Bauteile erfordert.

Darüber hinaus ist eine \labscheidung auch im Instationärbetrieb in effizienter Weise möglich.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen \labscheidevorrichtung ist darin zu sehen, dass nicht nur ölige Bestandteile im Gasgemisch abgeschieden werden, sondern auch im Blow-by-Gas enthaltene wässrige Bestandteile sich separieren lassen.

Ein weiterer nicht unbeachtlicher Vorteil der \labscheidevorrichtung ist darin zu sehen, dass das \labscheideelement äusserst resistent gegen Verschmutzung ist, wobei insbesondere bekannte \ladditive als Verschmutzungsquellen zu nennen sind.

In bevorzugter Ausführungsform sieht die Erfindung vor, die erste Elektrode als rohrförmige Ringelektrode auszubilden, die von dem \l-Gas-Gemisch durchströmbar ist. Mithilfe dieser Art der Formgebung lassen sich die öligen und wässrigen Bestandteile im Gasgemisch besonders gut aufladen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die bezüglich der ersten Elektrode stromabwärts angeordnete zweite Elektrode flächig, insbesondere kegelförmig auszubilden, wobei die zweite Elektrode vorzugsweise senkrecht im Strömungsweg des Gasgemisches liegt. Die zweite Elektrode wirkt damit als "Prallplatte", auf die die öligen und wässrigen Bestandteile auftreffen und sich auf Grund der Polarität der Elektrode sammeln und damit nicht vom Gas weitertransportiert werden.

Das gesammelte \l-Flüssigkeits-Gemisch fliesst durch entsprechende Formgebung der zweiten Elektrode vorzugsweise einer Abflussvorrichtung zu, die das \l beziehungsweise die Flüssigkeit dem Motor zuführt.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, die rohrförmige Ringelektrode konisch auszubilden, wobei die durchströmte Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zunimmt. Vorzugsweise beträgt der \ffnungswinkel 10 DEG bis 20 DEG . Mit der konischen Form erreicht man eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit des \l-Gas-Gemisches, sodass eine effizientere Aufladung der Flüssigkeitsteilchen möglich ist. Darüber hinaus wird die Aufprallgeschwindigkeit des Gemisches auf die zweite Elektrode vermindert, sodass die Flüssigkeitsteilchen an der Elektrode verharren und nicht vom abströmenden Gas mitgerissen werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich für die kegelförmige zweite Elektrode ein von der Mantelfläche eingeschlossener Winkel von 100 DEG bis 140 DEG herausgestellt.

Zur weiteren Verbesserung der Wirkungsweise wird die Kegelelektrode so angeordnet, dass die Spitze in Richtung der ersten Elektrode zeigt und ihre Symme trieachse vorzugsweise mit der Symmetrieachse der ersten Elektrode zusammenfällt.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der zweiten Elektrode liefert in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ein ringförmiger Rand, der parallel zur Symmetrieachse sich vom Rand der Mantelfläche der Elektrode in Richtung der ersten Elektrode erstreckt. Damit wird einerseits die wirksame Elektrodenfläche vergrössert und andererseits eine weitere Verlangsamung des ausströmenden Gases herbeigeführt, sodass die Verweilzeit des \l-Gas-Gemisches im Wirkungsbereich der zweiten Elektrode verlängert wird.

Als besonders vorteilhaft hat sich des Weiteren herausgestellt, das Gehäuse des \labscheideelements der \labscheidevorrichtung aus Kunststoff herzustellen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, stromabwärts der zweiten Elektrode ein zweites Abscheideelement, insbesondere in Form eines Drahtgeflechts und/oder eines Polyestergarns/-vlies anzuordnen, um auch letzte Rückstände an \l beziehungsweise Flüssigkeit aus dem Gasstrom zu separieren.

Zeichnung

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf eine einzige Figur detailliert beschrieben. Dabei zeigt die Figur eine schematische Schnittdarstellung der \labscheidevorrichtung.

Ausführungsbeispiel

Eine \labscheidevorrichtung 1 weist ein vorzugsweise aus Kunststoff gefertigtes topfförmiges Gehäuse 3 auf, das von einer vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff gefertigten Stirnplatte 5 dichtend verschlossen ist. Die kreisförmige Stirnplatte 5 weist einen zentrisch angeordneten - bezüglich des Gehäuseinneren - nach aussen ragenden Anschlussstutzen 7 und einen zentrisch angeordneten nach innen ragenden Einleitungsstutzen 9 auf. Beide Stutzen sind mit einem Durchbruch versehen, der eine Strömungsverbindung zwischen aussen und innen des Gehäuses 3 herbeiführt.

Die Figur lässt erkennen, dass der Durchbruch des Anschlussstutzens 7 als konisch verlaufende Bohrung ausgeführt ist, wobei die Querschnittsfläche zum Gehäuseinneren hin abnimmt. Im Gegensatz dazu ist der Durchbruch 9 als konische Bohrung ausgeführt, deren Querschnittsfläche sich zum Gehäuseinneren hin vergrössert.

Zum Anschluss einer schlauchförmigen Zuleitung weist das der Stirnplatte abgewandte Ende des Anschlussstutzens 7 eine ringförmige Erhebung 11 auf, die als Raste dient.

Eine Innenwandung 13 des Einleitungsstutzens 9 ist mit einer Elektrode 15 ausgekleidet, die mit einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle verbunden ist. Die Elektrode 15 ist somit rohrförmig ausgebildet, wobei sie ihres Querschnitts wegen als Ringelektrode bezeichnet wird. Auf Grund ihrer in Längsrichtung gesehen konstanten Wandstärke weist auch die Ringelektrode 15 eine durchströmbare Querschnittsfläche auf, die zum Gehäuseinneren hin zunimmt. Bevorzugt wird ein im Folgenden als \ffnungswinkel bezeichneter von einer Mantelfläche der Ringelektrode eingeschlossener Winkel alpha von 10 DEG bis 20 DEG .

Im Inneren des Gehäuses 3 ist eine flächige Elektrode 17 vorgesehen, deren Elektrodenfläche quer zur Längsachse des Einleitungsstutzens 9 und damit der Einströmungsrichtung steht. Die Elektrode weist eine Kegelform auf, deren Spitze zur Stirnplatte 5 zeigt. Ein ringförmiger Randbereich 19 ist zur Stirnplatte 5 hin umgebogen und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse der kegelförmigen Elektrode 17. Die Längserstreckung des Randbereichs 19 entspricht im Wesentlichen der Höhe der kegelförmigen Elektrode 17. Damit besitzt die Elektrode 17 im Querschnitt eine M-Form. Als vorteilhaft hat sich ein ebenfalls als \ffnungswinkel bezeichneter von einer Mantelfläche der kegelförmigen Elektrode eingeschlossener Winkel beta von 100 DEG bis 140 DEG herausgestellt.

Die Kegelelektrode 17 ist ebenfalls mit der nicht dargestellten Hochspannungsquelle verbunden, wobei die beiden Elektroden 15, 17 unterschiedliche Polarität aufweisen müssen.

Die Figur lässt noch erkennen, dass der Durchmesser der kegelförmigen Elektrode 17 deutlich grösser ist als der grösste Innendurchmesser der Ringelektrode 15. Der Durchmesser der kegelförmigen Elektrode 17 ist jedoch geringfügig kleiner als der entsprechende Innendurchmesser des Gehäuses 3, sodass ein Ringspalt 21 gebildet wird.

Auf der der Stirnplatte 5 abgewandten Seite der kegelförmigen Elektrode 17, im Folgenden kurz Kegelelektrode genannt, ist eine Gasableitungsvorrichtung 23 vorgesehen, die ein Gehäuse 25 und eine Leitung 27 umfasst. Das vorzugsweise zylindrische Gehäuse 25 weist eine an die Form der Kegelelektrode 17 angepasste kegelförmige Stirnfläche 29 auf. Die gegenüberliegende Stirnseite des Gehäuses 25 wird von einem Abscheideelement 31 verschlossen. Das Abscheideelement 31 ist vorzugsweise als Drahtgeflecht oder als Polyestergarn/-vlies ausgebildet und für ein gasförmiges Medium durchlässig.

Einem von Gehäuse 25 und den beiden Stirnflächen 31 und 29 begrenzten Raum 33 entspringt die Leitung 27, die durch das Gehäuse 3 hindurch nach aussen geführt ist.

Eine weitere nach aussen führende, als Abflussvorrichtung dienende Leitung 35 ist im Gehäuse 3 im Bereich der Stirnplatte 5 vorgesehen. Diese Leitung 35 führt zurück zu einem \lsumpf des Motors und dient der Rückführung des von der Kegelelektrode 17 gesammelten \ls.

In der Figur ist nicht zu erkennen, dass die dem Einleitungsstutzen 9 zugewandte Fläche der Kegelelektrode 17 so ausgebildet sein muss, dass ein Ablaufen des auf der Elektrode gesammelten \ls in Richtung der Leitung 35 gewährleistet ist.

Die Funktion der \labscheidevorrichtung 1 stellt sich nun wie folgt dar:

Das zu reinigende \l-Gas-Gemisch tritt in den Anschlussstutzen 7 und strömt in Richtung des Gehäuseinneren, wie durch einen Pfeil 37 angedeutet. Bei Erreichen des Einleitungsstutzens 9 kommt das \l-Gas-Gemisch in den Wirkungsbereich der Ringelektrode 15, die die \l- und Flüssigkeitströpfchen elektrisch auflädt. Durch die Vergrösserung des durchströmten Querschnitts vermindert sich die Strömungsgeschwindigkeit des in den Innenraum des Gehäuses strömenden Gases, sodass die Durchlaufzeit durch die Elektrode erhöht wird mit dem Resultat einer Steigerung der Anzahl der aufgeladenen \l- und Flüssigkeitströpfchen.

Stromabwärts der Ringelektrode 15 prallt das \l-Gas-Gemisch auf die dem Einleitungsstutzen 9 zugewandte Fläche der Kegelelektrode 17. Auf Grund der umgekehrten Polarität zieht diese Kegelelektrode 17 die aufgeladenen \l- und Flüssigkeitströpfchen an und sorgt dafür, dass sie aus dem in Richtung des Ringspalts 21 strömenden Gases separiert werden. Bei der Einstellung der Aufprallgeschwindigkeit des \l-Gas-Gemisches ist darauf zu achten, dass die von der Elektrode ausgeübte auf die \ltröpfchen wirkende elektrostatische Kraft grösser ist als die vom über die Elektrode hinwegstreichenden Gas-Strom ausgeübte Kraft.

Die von der Kegelelektrode 17 gesammelten \l- und Flüssigkeitströpfchen bilden grösser werdende Flüssigkeitstropfen, die der Schwerkraft folgend über eine geeignete Geometrie der Kegelelektrode 17 abtropfen und über die Leitung 35 dem Motor wieder zugeführt werden.

Der zumindest zu einem grossen Masse von \l und Flüssigkeit befreite Gas-Strom strömt an der Gegenelektrode radial nach aussen, passiert den Randbereich 19 und durchströmt den Ringspalt 21 in Richtung der der Stirnplatte 5 gegenüberliegende Seite des Gehäuses 3. Der umgebogene Randbereich 19 dient bezüglich des Gas-Stroms als Hindernis und Bremse sodass die aufgeladenen \l- und Flüssigkeitströpfchen ausreichend lange im Wirkungsbereich der Kegelelektrode sich befinden, um von dieser auch tatsächlich eingefangen zu werden.

Nachdem das Gas den Ringspalt 21 passiert hat, strömt es in Richtung des Innenraums 33 der Gasableitungsvorrichtung 25 und durchströmt dabei das Abscheideelement 31. Dieses aus Drahtgeflecht oder Polyestergarn/-vlies bestehende Abscheideelement dient dazu, noch vorhandene Flüssigkeits- und \lrückstände aus dem Gas-Strom zu separieren.

Aus dem Innenraum 33 strömt das gereinigte Gas in die Leitung 27 und über diese aus der \labscheidevorrichtung und zurück zum Verbrennungsprozess.

Mithilfe dieser \labscheidevorrichtung ist es möglich, Restmengen von nicht abgeschiedenem \l im \l-Gas-Gemisch von weniger als 0,015 g/kW/h zu erzielen. Darüber hinaus ist die \labscheidevorrichtung auf Grund ihres einfachen und kompakten Aufbaus beispielsweise bei Zylinderkopfhauben in das Spritzgussteil der Haube integrierbar. Im Übrigen lassen sich auch sehr einfach in Serie befindliche Motoren mit dieser \labscheidevorrichtung nachrüsten, da sich hier die eingesetzten Bauteile leicht in den zur Verfügung stehenden Einbauraum anpassen lassen.

Claims

1. \labscheidevorrichtung, insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, zur Abscheidung von \l aus einem \l-Gas-Gemisch, mit einem in einem Gehäuse (3) angeordneten \labscheideelement, dadurch gekennzeichnet, dass das \labscheideelement eine erste (15) und eine zweite (17) jeweils mit einer Hochspannungsquelle verbundene Elektrode aufweist, wobei beide im Strömungsweg des \l-Gas-Gemisches angeordnet und unterschiedlicher Polarität sind.

2. \labscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (15) als rohrförmige Ringelektrode ausgebildet ist, die von dem \l-Gas-Gemisch durchströmbar ist.

3. \labscheidevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (17) flächig ausgebildet ist und stromabwärts der ersten Elektrode (15) liegt.

4.

\labscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (17) quer zur Strömungsrichtung des \l-Gas-Gemisches angeordnet ist, sodass das Gemisch auf die Elektrode (17) prallt.

5. \labscheidevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringelektrode (15) eine in Strömungerichtung zunehmende Strömungsquerschnittsfläche aufweist.

6. \labscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein \ffnungswinkel alpha der Ringelektrode (15) 10 DEG bis 20 DEG beträgt.

7. \labscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (17) kegelförmig ausgebildet ist.

8.

\labscheidevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der von einer Mantelfläche der kegelförmigen Elektrode (17) eingeschlossene Winkel beta 100 DEG bis 140 DEG beträgt.

9. \labscheidevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze der kegelförmigen Elektrode in Richtung der ersten Elektrode (15) zeigt.

10. \labscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (15;

17) so zueinander angeordnet sind, dass deren Symmetrieachsen zusammenfallen.

11. \labscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (17) einen parallel zur Symmetrieachse verlaufenden zur ersten Elektrode (15) hin umgebogenen Rand (19) aufweist.

12. \labscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Elektrode (17) eine Abflussvorrichtung (35) zugeordnet ist, die von der zweiten Elektrode (17) abfliessendes \l aufnimmt und abtransportiert.

13. \labscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Elektrode eine Gasableitungsvorrichtung (23) zugeordnet ist, durch die das gereinigte Gas aus der \labscheidevorrichtung strömt.

14.

\labscheidevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasableitungsvorrichtung ein Gehäuse (25) aufweist, dem eine Leitung (27) entspringt, die aus der \labscheidevorrichtung (1) führt.

15. \labscheidevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (25) der Gasableitungsvorrichtung (23) von einem weiteren Abscheideelement (31), vorzugsweise in Form eines Drahtgeflechts und/oder eines Polyestergarns/-vlies, abgeschlossen ist.

16. \labscheidevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) des \labscheideelements aus Kunststoff besteht.