-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes und selbst-erhaltendes
System zum Management des Kurbelgehäuses eines Verbrennungsmotors,
der Kurbelgehäuse-Emissionen
und des Schmieröls
für den
Motor, und betrifft insbesondere eine sequentielle Verfahrensweise
und eine Vorrichtung zur Reduzierung des Betriebsdruckes des Kurbelgehäuses, die
Entfernung von Verunreinigungen aus dem Kurbelgehäuse, die
Verlängerung
der Lebensdauer des Schmieröls
des Motors, und die Reinigung der Emissionsströmungen des Kurbelgehäuses, inklusive
einer bi-funktionalen und entfernt angeordneten Sammeleinrichtung,
zum Speichern der Reste und Aufrechterhaltung der volumetrischen
Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Darüber hinaus
betrifft die Erfindung optimal ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur gleichmäßigen Verteilung der
gereinigten Emissionsströmung
zu den Lufteinlaßkanälen des
Motors, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung, um einen negativen
Betriebsdruck im PCV-System aufrecht zu erhalten, wenn der Motor unter
Volllast läuft.
-
Hintergrund der Erfindung
-
In
der Vergangenheit wurde die Effizienz des Schmieröls für Motoren
bei der Produktion unterstützt,
indem spezifische Additive zu dem Rohöl hinzugegeben werden. Motoröl wird grundsätzlich verunreinigt
und durch die folgenden Vorgänge
verschlechtert: a) Vorbeiblasen (unerwünschte Nebenprodukte der Verbrennung
im Motor, wobei ein Teil davon an den Kolben und den Kolbenringen
vorbei in das Kurbelgehäuse
entweicht) an dem oder den Kolben des Motors, umfassend Treibstoff-Ruß, teilweise verbrannter
und unverbrannter Treibstoff, Dampf und verschiedene Gase und Säuren; b)
motorfremde Flüssigkeiten,
aggresive Silikone (Schmutz), Abnutzungspartikel von Bauteilen des
Motors und Nebenprodukte der Oxidation des Öls; c) Emulsifizierung der
motorfremden Flüssigkeiten
mit den chemischen Ele menten, die im Öl allgemein vorhanden sind,
wie etwa Schwefel, der sich mit Flüssigkeiten verbindet und bei
erhöhten
Temperaturen des Motors korrosive Schwefelsäure bildet. Die einzige Maßnahme beim bisherigen
Managements des Öls
in dieser feindseligen Umgebung ist der Einsatz eines Ölfilters
gewesen. Und obwohl der Ölfilter
wirksam ist, um Feststoffe aus dem Öl zu entfernen, so hinterläßt sein
Unvermögen
flüchtige
Stoffe, wie etwa Feuchtigkeit und Säuren zu entfernen, das Öl ungeschützt, so
dass die Viskosität
zerstört
wird und unter Umständen
die Schmierfähigkeit
verloren geht. Darüber
hinaus wird es erzwungen, dass das Bypass-Ventil für den Filter öffnet, wenn
der Filter durch Schlamm und andere Feststoffe zugesetzt wird, so
dass nicht gefiltertes Öl zu
stromabwärts
angeordneten Bauteilen des Motors zirkulieren kann. Somit entsteht
ein primärer
Zyklus von unangemessener Abnutzung der Motors und übermäßiger Verunreinigung
des Öls.
Die erzeugten Probleme sind unterschiedlicher Natur, jedoch ist
eines der Hauptbedenken in diesem Fall eine erhöhte Abnutzung der Zylinderbohrung
und der Kolbenringe. In der Folge steigt der Prozentsatz der am
Kolben vorbeigeblasenen Produkte an, so dass eine stärkere als
normale Verunreinigungsbelastung auf dem Öl im Kurbelgehäuse lastet,
wodurch die Verschlechterung weiter beschleunigt wird. Das Problem
hat nun eine vollständigen
Kreislauf durchlaufen. Der Druck im Kurbelgehäuse steigt an und drückt Motoröl durch Dichtungsringe
und Dichtungen im Motor. Dieser Zustand unterstützt auch den Ausstoß von Öl aus dem Kurbelgehäuse des
Motors in den Ansaugtrakt, wodurch der Luftfilter verunreinigt wird,
so dass die Emissionen an Kohlenmonoxid deutlich erhöht werden.
Ebenso wird Öl
gemeinsam mit verunreinigten Emissionsdämpfen aus dem Kurbelgehäuse entlüftet, die
dann über
das PCV-System und den Einlaßkrümmer in
die Verbrennungsräume
des Motors gelangen, wodurch der Verbrennungsprozeß nachteilig beeinflußt wird.
Das führt
wiederum zu unerwünschten
Abnutzungen der Bauteile und einem höheren Prozentsatz an am Kolben
vorbeigelasenen Produkten, die in das Kurbelgehäuse gelangen. Auf relevante
PCV-Probleme wird weiter unten in dieser Anmeldung Bezug genommen.
Diese Phänomene
verschlimmern sich mit jeder Umdrehung des Motors. Erhöhter Treibstoffverbrauch;
Verlust an Motorleistung; erhöhte
Emissionen an Abgasen und Ausgangspunkt für andere Probleme beim Betrieb
des Motors resultieren daraus. Ein weiterer Faktor, der zur zusätzlichen
Verschlechterung beiträgt,
ist der Mensch, und das ist ein wirkliches Problem, wobei viele
Besitzer bzw. Fahrer nicht regelmäßig das Motoröl und den
Filter wechseln, so wie es vom original Ausrüstungs-Hersteller vorgeschrieben
wäre. Sie
füllen
das Motoröl
einfach nur nach und manchmal sogar im Überschuß. Die sich daraus ergebenden
Probleme sind ähnlicher
Natur wie die bereits oben erwähnten.
-
Es
ist nunmehr seit fast 40 Jahre Gesetz, dass die Emissionen vom Kurbelgehäuse eines
Verbrennungsmotors zurück
in das Lufteinlaßsystem des
Motors geführt
werden müssen,
um in den Brennräumen
wieder mit verbrannt zu werden. Der Rückfluß der Emissionen ist normalerweise
durch die Ölrückführungsleitungen,
die sich zwischen dem Kurbelgehäuse
und den Ventilen des Motors oder den Nockenwellen-Abdeckungen erstrecken,
sowie von den Ventil- oder Nockenwellen-Deckeln durch einen externen
Schlauch oder ein externes Rohr zum Einlaßkrümmers des Motors, dort wo die
Emissionen mit dem Luft-Treibstoff-Gemisch von dem/den Vergaser/Treibstoff-Einspritzdüsen (bei
selbstansaugenden Motoren) vermischt werden, um den Brennräumen zugeführt zu werden.
Ein Ventil für
die positive Kurbelgehäuse-Ventilation (PCV)
kontrolliert den Fluß der
Emissionen aus dem Kurbelgehäuse
in das Treibstoff-Luft-Ansaugsystem, und zwar normalerweise in Reaktion
auf die Drehzahl des laufenden Motors.
-
Das
PCV-Ventil (Positive Kurbelgehäuse-Ventilation)
ist für
gewöhnlich
an einer von drei Stellen am Motor angeordnet: 1) an der Entlüftung des
Kurbelgehäuses
des Motors in den Deckeln für die
Ventile/Nockenwellen; 2) in der Rückführungs-Leitung; oder 3) direkt
an den Einlaßkrümmer des
Motors angeschraubt. Das Ventil dosiert und mischt den Fluß an verunreinigten
Emissionen vom Kurbelgehäuse
in das Luft/Treibstoff-Zufuhrsystem (Einlaßkrümmer) des Motors in Reaktion
auf einen negativen Druck innerhalb des Krümmers bei verschiedenen Lastzuständen des
Motors. Der Strömungsweg
der Emissionen von dem Kurbelgehäuse über das
PCV-Ventil/System,
den Einlaßkrümmer und
den Brennraum (dort unterliegen Sie einer Zustandsveränderung)
und der teilweise Wiedereintritt in das Kurbelgehäuse durch
das Vorbeiblasen am Kolben, ist der sekundäre Zyklus der Abnutzung und Kontamination
des Motors. Das PCV-Ventil ist ebenso vorgesehen, um einen gefährlichen
Rückflußzustand
in das Kurbelgehäuse
zu unterbinden, der als ein Ergebnis einer Fehlzündung im Einlaßkrümmer des
Motors entstehen könnte.
Dadurch könnte
eine Explosion im Kurbelgehäuse
entstehen.
-
Die
Entstehung und Beschaffenheit der Kurbelgehäuse-Emissionen sind gut bekannt
und müssen
hier nicht weiter im Einzelnen diskutiert werden. Es ist ausreichend
zu bemerken, dass zusätzlich
zu nicht verbranntem und nur teilweise verbrannten Treibstoff und
flüchtigen
Gasen, bei denen es erwünscht
ist, dass diese für
die Verbrennung wieder genutzt werden, die Emissionen auch eine
Anzahl von suspendierten Verunreinigungen enthalten, die, selbst
wenn sie verbrannt werden, für
den Motor oder die Umwelt oder beides gefährlich sind. In dem Ausmaß, in dem
diese Verunreinigungen verbrannt werden, werden diese aus dem Motor
ausgestoßen
und sind gefährliche
Schadstoffe. Auf dem Weg in die Brennräume des Motors hinein und aus
den Brennräumen
des Motors heraus beeinträchtigen
sie die Funktion von kritischen Bauteilen des Motors, auch kritische
Emissionskontrollen, wie etwa die Lamdasonden und die Katalysatoren.
In dem Ausmaß,
in dem die Verunreinigungen nicht verbrannt werden, verbleiben diese
einfach in dem Motor, zum Beispiel als Ablagerungen in den Brennräumen, die
den Wirkungsgrad verschlechtern, die die Kolbenringe lecken lassen,
die deren Funktion behindern oder die teilweise wieder in das Kurbelgehäuse zurückströmen, dort
wo sie das Öl
verunreinigen, wie vorstehend erwähnt. In der Folge geht die
Fähigkeit
zur Schmierung verloren, Schlamm bildet sich und dient als Ausgangspunkt
für andere
Probleme, die die Leistung des Motors verschlechtern, den Treibstoffverbrauch
erhöhen,
die Emissionen an Abgasen erhöhen
und das Lebendes Motors verkürzen.
Diese Probleme steigen über
die Zeit kummulativ an und sind das Ergebnis des zweiten Zyklus
der Abnutzung und der Verunreinigung, deren Ausgangspunkt in dem
Kurbelgehäuse
des Motors liegt. Beim ersten Zyklus entweicht es über das
Bypass-Ventil des Ölfilters
aus dem Kurbelgehäuse
während
beim zweiten Zyklus es über
die Entlüftung
des Kurbelgehäuses und
das PCV-Ventil/System entweicht.
-
Erfindungen
aus dem Stand der Technik haben bei überholten Vergasermotoren eine
Vielzahl von Versuchen unternommen, um verbrennbare und flüchtige Emissionen
des Kurbelgehäuses
wiederzuverwenden, indem verschiedene PCV-System-Filtereinrichtungen eingesetzt wurden,
wobei jedoch die suspendierten Verunreinigungen nicht wiederverwendet
wurden. Unterschiedlich große
Erfolge wurden mit diesen Unternehmungen bzw. Abläufen erzielt.
Infolge ihrer Anordnung zwischen dem PCV-Ventil und dem Einlaßkrümmer des
Motors waren jedoch viele dieser Erfindungen nicht praktikabel und
kommerziell nicht erfolgreich. Das war hauptsächlich dadurch bedingt, dass
eine Unausgewogenheit vorlag, die infolge der Kalibrierungen des
Einlaßkrümmers (Luft-/Treibstoff-Zuführungssystem)
und deren Einrichtungen entstand. Dadurch wurde der Nachteil eingeführt, dass
das äußere Volumen
des Krümmers
erhöht
worden ist, wodurch in der Folge ein Ungleichgewicht der Luft-/Treibstoff-Verhältnisse erzeugt
worden ist, wobei der Krümmer
synergetisch ist. In der Folge wurden der Wirkungsgrad des Treibstoffs
oder der Emissionen der Abgase oder Beides verschlechtert. Wie weiter
oben beschrieben, erreichten einige Vorrichtungen einen beschränkten Erfolg
mit Vergasermotoren älterer
Generation, und di Technologie dieser Tage, die die statische Messung des
Wirkungsgrads des Treibstoffs und der Emissionen der Abgase verwendete,
unterstützte
dies. Jedoch zeigt es sich in unserer heutigen modernen Hightechwelt,
mit der Verfügbarkeit
von weit fortgeschrittenen und ausgefeilten Testmodellen, -verfahren
und Messausrüstungen,
sowie auch der Umweltschutzagentur und der Bundestestverfahren („Environmental
Protection Agency" und „Federal
Test Procedure",
EPA/FTP), die den Motor eine Vielzahl von Fahr- und Belastungszuständen aussetzen,
nämlich auf
einem Leistungsprüfstand
zum Testen, dass dieses Vorgehen der einzig vollständige und
akzeptierte Standard zum Messen der wahren Leistung einer Motors
ist, in Relation zum vorliegenden Problem, und das Ergebnis ist
leider ein ganz anderes. Darüber
hinaus, und soweit Versuche unternommen worden sind, diese alten
Technologien bei modernen computergesteuerten Motoren einzusetzen,
wurde heraus gefunden, dass die auf den Treibstoff und die Abgasemissionen
bezogenen Wirkungsgrade, die der Hersteller vorgibt, verschlechtert
worden sind. Der Sauerstoffsensor des Motors, der im Auspuffkrümmer angeordnet
ist, erfasst die zusätzliche
Luft von diesen Standder-Technik-Einrichtungen und in der Folge
wird zusätzlicher
Treibstoff in den Einlaßkrümmer eingespritzt,
um das Ungleichgewicht auszugleichen.
-
Zum
Beispiel beschreibt Bush in dem US-Patent 4,089,309 eine offene
Kurbelgehäuseemissionseinrichtung,
die den Einsatz einer Hilfslufteinlaßstruktur 43 erfordert, die
Außenluft
in die Einrichtung ansaugt, um die Kurbelgehäuseemissionen anfangs zu kühlen. Dadurch
wird nicht kalibrierter Sauerstoff in das PCV-System eingeleitet,
was wiederum, wie oben beschrieben, durch den Sauerstoffsensor,
der bei heutigen computergesteuerten Motormanagementsystemen benutzt
wird, erfasst wird, so dass das System Treibstoff einspritzt, der über das
erforderliche Maß hinaus
geht. Bush läßt dieses
alte System in einem späteren
US-Patent 4,370,971 fallen, und repositioniert das System zwischen
das PCV-Ventil 27 und den Einlaßanschluß 36 des
Einlaßkrümmers. Indem
Bush dies macht, erhält
er nicht nur die Hilfslufteinlaßstruktur
69 mit den zugehörigen
Problemen, sondern setzt die gesamte Anordnung einer Umgebung mit
negativen Druck aus. Bush beansprucht, dass dieses mit den Verbesserungen
in der Kontrolle der Emissionen des Kurbelgehäuses zusammenhängt, ohne
jedoch wirklich auf die negativen Einflüsse auf das Design des Einlaßkrümmers und
dessen Betrieb einzugehen. Insbesondere die spätere Konfiguration von Bush
steht nunmehr in direkter Verbindung mit dem Inneren des Einlaßkrümmers des
Motors und bringt die Krümmer-Kalibrierung
aus dem Gleichgewicht, indem dessen Bauraumvolumen erhöht wird.
Damit wird zusätzlicher
Sauerstoff dem Krümmer
zugeführt
und die stöchiometrische Luft-/Kraftstoff-Mischung
im Krümmer
gestört.
Dieser Zustand wird wiederum vom Sauerstoffsensor des Motors erfasst
und bringt den Computer weiter durcheinander, der nur dadurch reagieren
kann, dass er zusätzlichen
Treibstoff einspritzt, um das Ungleichgewicht auszugleichen. Sogar
wenn Bush also das Hilfslufteinlaßsystem 69 entfernen würde und
an moderne Motoren anpassen würde,
würde diese
Anordnung nicht passen.
-
Eine ähnliche
Lösung
wird durch Costello in dem US-Patent 5,190,018 gelehrt, die dem
Bush US-Patent 4,370,971 ähnlich
ist. Costello's
Vorrichtung ist im Aufbau, Betrieb und Anordnung ähnlich zu dem
von Bush, wobei alte damit einhergehenden Nachteile auch vorhanden
sind, inklusive eines nicht kalibrierten Anwachsens des Bauvolumens
des Einlaßkrümmers des
Motors.
-
Eine
weitere Lösung
der Reinigung der Abgase des Kurbelgehäuses wird durch Dickson in
dem US-Patent 5,564,401 gelehrt. Dickson offenbart eine Vorrichtung,
die eine Drucksteuereinrichtung benutzt, um Öl und agglomerierte Verunreinigungspartikel
zu trennen. Die Drucksteuereinrichtung bewirkt das meiste bei der
Trennung, wobei die agglomerierten Partikel später aus der Luft durch ein
Filterelement entfernt werden, welches die Partikel zurück hält. Die Abgase
des Kurbelgehäuses
treten in die Trenneinrichtung ein und bewegen sich dann durch eine Drucksteuereinrichtung mit
einem Tor, auf das die ölkontaminierten
Kurbelgehäuseemissionen
auftreffen, um das Öl
abzuscheiden. Diese Anordnung umfasst einen Agglomerator mit variabler
Mündung,
der die kontaminierten Partikel in den Emissionen agglomeriert,
um größere Partikel
auszubilden. Diese Partikel werden dann durch einen Filter geschickt,
wo sie festgehalten werden. Dieser Filter wird regelmäßig ersetzt.
Das Zusetzen des Filters passiert jedoch relativ schnell, so dass
diese Vorrichtung sehr häufige Service-Intervalle benötigt.
-
Ein
selbsterhaltendes Kurbelgehäuse-Managementsystem,
welches dazu in der Lage ist, Verunreinigungen aus dem Kurbelgehäuse, den
Kurbelgehäuseemissionen
und dem Schmieröl
des Motors zu entfernen, ist wichtig, um die originalen vom Hersteller
zur Verfügung
gestellten Bauteile zu erhalten und zu schützen und um die Wirkungen des Öls vom Ölhersteller
zu erhalten und zu schützen.
Diese korrigierenden Schritte helfen die Wirksamkeit des Treibstoffs
zu erhalten und zu verlängern,
die gesamte Leistung des Motors zu erhöhen und um die Standards für die Auspuffabgase
einzuhalten. Der Schritt des Entfernens der Verunreinigungen reduziert
die Anwesenheit der fremden Flüssigkeiten,
reduziert die Ausbildung von zurückbleibenden
Korrosiven und negiert die Anwesenheit von Bestandteilen zum Aufbau
von Schlamm. Dieser Prozeß lindert
darüber
hinaus die Existenz von primären
und sekundären
Zyklen der Abnutzung und der Verunreinigung und lindert, dass es
ermöglicht
ist, dass nicht verbrannte flüchtige
Stoffe und Ketone hinter das Kurbelgehäusemanagementsystem eindringen,
in die Brennräume
des Verbrennungsmotors über
das PCV-System und den Einlaßkrümmer.
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen für die Behandlung von Emissionen
des Kurbelgehäuses
einer Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Abgasabscheider vorgesehen
ist, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und dagegen
vorbeugt.
-
Es
ist aus der US-4,089,309 bekannt, ein Verfahren zur Behandlung der
Emissionen des Kurbelgehäuses
einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mit den folgenden Schritten:
Weiterleiten der Emissionen vom Kurbelgehäuse zu einem Abgasabscheider,
Unterwerfen der Abgase, die durch den Abscheider strömen, einem
Reini gungsvorgang, um die nicht gasförmigen Verunreinigungen zu
entfernen, Weiterleiten der gereinigten Abgase durch ein Rückschlagventilmittel,
zurück
zur dem Motor, zur Verbrennung, und Sammeln der abgetrennten nicht gasförmigen Verunreinigungen
zur Entsorgung.
-
Ein
Verfahren zur Behandlung von Kurbelgehäuseabgasen aus einer Verbrennungskraftmaschine
zeichnet sich dadurch aus, dass die Reinigungsoperation den Schritt
der mehrmaligen Entspannung und Verdichtung der Abgasströmung umfasst,
um die Abscheidung der Verunreinigungen zu unterstützen.
-
Es
ist aus der US-5,564,401 auch bekannt, eine Vorrichtung zu schaffen,
um die Emissionen aus dem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors
zu behandeln, mit einem ersten Gehäuse (230), welches
einen Einlaß (210)
hat, in den die Emissionen des Kurbelgehäuses einströmen, und welches einen Auslaß (218)
hat, um die behandelten Emissionen dem Motor zur weiteren Verbrennung
zurück
zu führen,
und Abscheidemittel (236) zum Abscheiden von nicht-gasförmigen Verunreinigungen,
die von den Emissionen aus dem Kurbelgehäuse abgetrennt werden, sowie
mit einem zweiten Gehäuse
(240), welches in dem ersten Gehäuse angeordnet ist, wobei das
zweite Gehäuse
einen Einlaß (242)
hat, der in Fluidkommunikation mit dem Einlaß in dem ersten Gehäuses steht,
und einen Auslaß (249)
aufweist, der sowohl mit dem Auslaß als auch den Abscheidemitteln
in dem ersten Gehäuse
in Fluidkommunikation steht, sowie Behandlungsmittel vorgesehen
sind, die in dem zweiten Gehäuse
angeordnet sind, um die Emissionen aus dem Kurbelgehäuse, die
dort hindurch strömen,
einer Reinigungsoperation zu unterziehen, um die nicht-gasförmigen Verunreinigungen aus
den Emissionen herauszutrennen. Die Vorrichtung zur Behandlung der
Emissionen aus dem Kurbelgehäuse
eines Verbrennungsmotors nach der vorliegenden Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Behandlungsmittel Mittel umfassen, die
den Strom an Emissionen mehrfach einer Entspannung und Verdichtung
unterwerfen, um die Verunreinigungen leichter abscheiden zu können.
-
Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Beispielen
beschrieben, und es wird dabei auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen,
in denen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem Abscheider
nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 eine
seitliche Querschnittansicht des Abscheiders zeigt;
-
3 eine
Draufsicht auf einen Geschwindigkeitsstapelkompressionskopf zeigt,
der Teil des Abscheiders ist;
-
4 eine
Draufsicht auf ein ringförmiges Sieb,
welches einen Teil des Abscheiders ausbildet;
-
5 eine
schematische Darstellung eines Generators für negativen Druck zeigt, der
in einem Einlaßkrümmer angeordnet
ist;
-
6 den
gleichen Einlaßkrümmer bei
Volllast zeigt;
-
7 bis 9 schematische
Ansichten von alternativen Generatoren für einen negativen Druck zeigen;
-
10 eine
Seitenansicht im Querschnitt zeigt, wobei ein Gravitationssammler
für Material
dargestellt ist, welches von dem Abscheider nach der 2 abgeschieden
worden ist;
-
11 eine
seitliche Querschnittansicht einer Serviceeinheit zeigt, um den
Sammler nach der 10 zu entleeren;
-
12 eine
seitliche Querschnittansicht eines modifizierten Abscheiders zeigt;
-
13 eine
seitliche Querschnittansicht des oberen Teils des Abscheiders nach
der 12 zeigt;
-
14 eine
seitliche Querschnittansicht des mittleren Abschnitts des Abscheiders
nach der 12 zeigt;
-
15 eine
Draufsicht auf den Geschwindigkeitsstapelkompressionskopf zeigt,
der Teil des Abscheiders nach der 12 ist;
-
16 eine
vergrößerte Querschnittansicht eines
Teils des Abscheiders nach der 12 zeigt; und
-
17 eine
perspektivische Ansicht von oben des Äußeren des Abscheiders nach
der 12 zeigt.
-
Detaillierte
Beschreibung
-
Unter
Bezugnahme auf die 1 ist dort ein herkömmliches
Layout eines Motors gezeigt, verbunden mit dem Abscheider 200 nach
der vorliegenden Erfindung, der eingesetzt wird, um die Emissionen aus
dem Kurbelgehäuse
in flüssige,
feste und gasförmige
Bestandteile aufzutrennen, und um die nicht-gasförmigen Bestandteile zu sammeln,
während
die gasförmigen
Bestandteile einer Wiederverwendung zugeführt werden. Der gezeigte Motor
ist ein Stoßstangenmotor
mit einem Vergaser, wobei sich solche Motoren insbesondere in Flottenfahrzeugen
immer noch allgemein in Benutzung befinden. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch genauso für
moderne Motoren geeignet, die Treibstoffeinspritzung und obenliegende
Nockenwellen haben und computergesteuert sind.
-
In
den Zeichnungen sind ähnliche
bzw. gleiche Bauteile mit ähnlichen
bzw. gleichen Bezugszeichen identifiziert.
-
Wie
es dargestellt ist, umfasst der Motor 10 ein Kurbelgehäuse 20,
eine Ölrückführleitung 100, die
die Emissionen aus dem Kurbelgehäuse
in das Innere des Deckels 30 für die Ventile leitet, sowie
einen Verbinder 35 an dem Deckel für die Ventile für die Leitung 110,
die die Emissionen zu dem Abscheider 200 leitet.
-
Die
Emissionen werden durch positiven Druck in dem Kurbelgehäuse in die
Leitung 110 gedrückt.
Diese Leitung weist vorzugsweise einen vergrößerten Innendurchmesser (I.D.)
auf, so dass eine maximale und nicht beschränkte Fluidströmung zu dem
Einlaß des
Abscheiders 200 vorhanden ist. Der Einsatz herkömmlicher
Leitungen mit einem kleineren I.D. würde das Erreichen eines bevorzugten
großen
Volumenstroms an Emissionen verhindern und könnte einen beschränkten und
weniger voluminösen
Strom ausbilden. Die zweite Leitung 120 mit vergrößertem I.D.
ist eine Rückführungsleitung
für die gereinigten
Emissionen. Eine dritte und schmalere Leitung 220 leitet
gefilterte, vorab kalibrierte, kühlere Nicht-Umgebungsluft,
welche wahlweise stromabwärts
von der/den Drosselklappe(n) entnommen wird, zu einem aerodynamisch
ausgebildeten Wirbelgenerator und -diffusor 222 weiter.
Die Leitung 220 kann alternativ auch Luft stromaufwärts von
der/den Drosselklappe(n) und stromabwärts eines Luftmassenströmungssensors
ansaugen, wenn ein solcher vorhanden ist.
-
Im
Folgenden wird der Abscheider 200 beschrieben, der außerhalb
des Motors montiert ist und in Verbindung mit dem Kurbelgehäuse des
Motors steht, nämlich
durch einen Verbinder in einem Ventildeckel. Es ist jedoch anzumerken,
dass der Abscheider auch innerhalb installiert sein könnte, wie
zum Beispiel innerhalb des Ventildeckels, und die Verbindung mit
dem Kurbelgehäuse
könnte
an einem unterschiedlichen Verbindungspunkt hergestellt sein, zum Beispiel
mit einem zugehörigen
Rückschlagventil oder
eine Verbindung an dem Motorblock. Es ist weiterhin anzumerken,
dass der Abscheider als ein integrierter Motorbestandteil oder als
Untersystem konstruiert sein könnte.
-
Der
Abscheider 200 nach der vorliegenden Erfindung ist mit
mehr Einzelheiten in der 2 gezeigt, und umfasst ein Hauptgehäuse 230 und
eine Kartusche 240 darin, die vorzugsweise verbrauchbar und
austauschbar ist. Eine Verschlußkappe 233 ist an
dem oben offenen Hauptgehäuse 230 mittels
eines Gewindes 234 gesichert. O-Ringe 237 und 238 schaffen
jeweils zwischen dem Gehäuse 230 und
der Kappe 233 eine Abdichtung und zwischen der Schulter 243 an
der Kartusche 240 und der Kappe ebenso.
-
An
der Verschlußkappe 233 ist
ein in der Richtung einstellbarer, im rechten Winkel in Radiusrichtung
verlaufender Einlaßanschluß 210 mit
einer konkaven Venturidüse 212 vorgesehen,
der die Emissionen aus dem Kurbelgehäuse einleitet. Bei einer Ausführungsform,
die der Anmelder konstruiert hat, definiert der Einlaßanschluß 210 eine
Diffusionskammer 216, stromabwärts seines Einlasses und dazwischen
angeordnet. Die Diffusionskammer 216 kann einen Anschluß 214 aufweisen,
um einen Diffusor 222 dort einzusetzen und anzuordnen.
Der Diffusor umfasst einen Auslaß 224, der es erlaubt,
dass sich gefilterte, kalibrierte, kühlere, Nicht-Umgebungsluft
von der Leitung 220 mit den Emissionen aus dem Kurbelgehäuse mischt,
wenn diese vorbeiströmen und
in die Kartusche 240 hinein. Ein Auslaßanschluß 218 in der Kappe 233,
der im Aufbau ähnlich
dem Einlaßanschluß 210 ist,
erlaubt es, dass gereinigte Teile der Emissionen zurück in den
Einlaßkrümmer des
Motors strömen,
und zwar über
die Leitung 120 und das Rückschlag-PCV-Ventil 126,
welches am besten in der 1 zu erkennen ist.
-
Das
Hauptgehäuse 230 umfasst
vorzugsweise am untersten Ende einen konkaven Boden 235, der
mit einem Auslaß 236 in
Verbindung steht, der zu einem Sammelbehälter 400 führt. Die
innere Wand 231 des Hauptgehäuses 230 umfasst eine
Mehrzahl von Trägern 238 für die Kartusche 240.
Die Träger sind
an der Innenwand im gleichen Abstand zueinander beabstandet, um
die Kartusche oberhalb des Bodens 235 zu tragen. Das Hauptgehäuse 230 kann wahlweise
länglicher
ausgeführt
werden, um das Nichtvorhandensein des Abscheidesammlers und/oder
der Abscheidesammeleinheit zu kompensieren, wie es weiter unten
noch beschrieben werden wird.
-
Die
Kartusche 240 trennt/fraktioniert die einströmenden Emissionen
aus dem Kurbelgehäuse
in flüssige,
fest und gasförmige
Teile, wobei die flüssigen
und festen Bestandteile verlangsamt, kondensiert und abgetrennt
werden, sowohl in der Kartusche als auch in einer Kassette 250,
die sich innerhalb der Kartusche 240 befindet, und dann
abgeschieden werden. Die gereinigten fraktionierten Emissionen werden
in der Zwischenzeit in Richtung des Auslasses 218 strömen, um
aus dem Gehäuse
auszutreten, und zwar über
die vergrößerte Leitung 120.
Wie es offensichtlich ist, werden die Emissionen aus dem Kurbelgehäuse in den
Abscheider 200 gedrückt,
und zwar infolge des Unterdrucks, welcher in dem Einlaßkrümmer erzeugt
wird, wenn der Mo tor läuft,
gekoppelt mit dem Überdruck
in dem Kurbelgehäuse.
Die Venturidüse 212,
die in dem Einlaßanschluß 210 ausgebildet
ist, beschleunigt die Strömung
der Emissionen, die von der Leitung 110 zugeführt werden.
Die Einlaßventuridüse 212 hilft
auch die Strömung
an Emissionen aus dem Kurbelgehäuse
und durch die Leitung 110 zu maximieren, infolge eines
geringfügigen
Abfalls in der Temperatur der Emissionen, wenn diese durch die Venturidüse hindurch
treten.
-
Sobald
die Emissionen durch den Einlaßanschluß 210 hindurch
strömen,
strömen
sie in die Diffusionskammer 216 hinein. In dieser Kammer
ist der externe, Nicht-Umgebungsluft-Diffusor 222 mit
dem Auslaß 224 angeordnet
Der Diffusor 222 ist mittig in der Kammer 216 angeordnet,
um sicher zu stellen, dass die kalibrierte Nicht-Umgebungsluft von dem Auslaß 224 zentral
in die Strömung
aus Emissionen eingeleitet wird, anstatt es der Luft zu erlauben,
entlang der Wand der Kartuscheneinlaßleitung 242 zu strömen. Um
diese Wirkung zu erhöhen,
ist der Auslaß 224 des
Diffusors zentral in der unteren Oberfläche des Diffusors positioniert,
dort wo er als eine winzige Mündung
vorgesehen ist. Diese spezifische Positionierung in Verbindung mit
den turbulenten Wirbeln, die stromabwärts des Diffusors erzeugt werden, verbessert
die Oxidation und Kondensierung bzw. den Niederschlag der Emissionen.
Der Diffusor 222 ist dreieckig in der Querschnittsform,
wobei die Spitze nach oben weist, in die laminare Strömung von. Emissionen,
die eintreten. Die laminaren Strömungen
an Emissionen bzw. Abgasen, die um den Diffusor herum strömen, brechen
auf beiden Seiten des Diffusors ab, so dass stromabwärts Turbulenzen
und wahrscheinlich intermolekulare Kollisionen erzeugt werden. Deshalb
wird mittels dieser erzeugten turbulenten Wirbel eine größere kinetetische
Energie erzeugt, um die Abkühlung
der Emissionsströmung
zu verbessern. In der Folge werden schwere Kohlenwasserstoffe und
Fremdsubstanzemissionen in einen flüssigen Zustand reduziert und
treten durch den Wirbelgenerator 244 in eine Expansionskammer 245 in
der Kartusche 240 ein.
-
Die
Leitung 242 verbindet eine obere Venturidüse 243' mit der Wirbelgeneratordüse 244.
Die Emissionen, die durch die Leitung 242 hindurch treten,
werden wieder beschleunigt, gerade ausgerichtet und geringfügig abgekühlt. Die
Wirbelgeneratordüse 244 produziert
starke turbulente Strömungswirbel
innerhalb denen die Emissionen strömen, wenn sie in die primäre Expansionskammer 245 eintreten, wodurch
die kinetische Energie in der Emissionsströmung erhöht wird.
-
In
dem Abscheider 200 gibt es drei Expansionskammern: zwei
liegen innerhalb der Kartusche 240, nämlich die Kammern 245 und 248;
eine 258 liegt in der entfernbaren Kassette 250,
die konzentrisch in die Kartusche 240 hinein paßt und die
später mit
allen Einzelheiten beschrieben wird. Die Anzahl der Kammern kann
jedoch nach oben oder unten variieren und es ist weiter unten eine
Ausführungsform beschrieben,
die vier solche Expansionszonen aufweist.
-
Die
primäre
Expansionskammer 245 ist an ihren Seiten und der oberen
Oberfläche
durch umgebende Wände 246 der
Kartusche 240 und an ihren unteren Oberfläche durch
ein festes, kreisförmiges, konisches
Umlenkblech 251 begrenzt. Das Umlenkblech 251 ist
die oberste Komponente der Kassette 250 und ist mit der
Kassette durch eine Gewindeverbindung 253 mit einem Ablaufrohr 259 verbunden, welches
axial durch die Mitte der Kassette verläuft und welches als Längsträger wirkt,
der die Komponenten der Kassette miteinander verbindet. Das Umlenkblech
erzeugt eine rückwärts gerichtete
Wirbelbewegung, zurück
in die eintretenden Emissionswirbel, die von der Wirbelgeneratordüse 244 erzeugt werden.
Daraus folgt eine erste Trennung der Emissionsströmung, wobei
unerwünschte
schwere Kohlenwasserstoffe und Fremdstoffe aus der Emissionsströmung entfernt
werden, und zwar durch – das
wird angenommen – den
verstärkten
Aufprall auf die Seitenwände
und den Niederschlagseffekt aus den intermolekularen Kollisionen
innerhalb der erzeugten turbulenten Wirbel. Das Umlenkblech 251 dient
auch dazu, die stromabwärts
angeordneten Komponenten der Kassette zu schützen, nämlich vor der direkten und übermässigen Kontamination
durch die turbulente Emissionsströmung, die in die Kammer 245 eintritt.
-
Die
Kondensate neigen dazu sich in Form von Öl- und Feuchtigkeitströpfchen aus
Wasser, Treibstoff, Kühlmittel,
Frostschutzmittel, Teer, Lacken und anderen Verunreinigungen im
Kurbelgehäuse auszubilden,
die entlang der Kartuschenwand 246 nach unten ablaufen, über die
Lippe 252 des Umlenkbleches 251, um sich in dem
ringförmigen
Raum 265 unterhalb des Umlenkblechs und zwischen den Kartuschen wand 246 und
den gegenüberliegenden Wänden 266 der
Kassette anzusammeln. Ein weiteres Ablaufen nach unten ist durch
die O-Ringe 268 verhindert, die eine Abdichtung zwischen
der Kartusche und der Kassette herstellen. Fluid, welches sich in
diesem Bereich ansammelt, fliesst in die konzentrische Ablaufröhre 259 über 2 oder
3 radial angeordnete Ablaufleitungen 256, die sich an einem
Ende durch die Kassettenwand 266 nach außen öffnen und die
am anderen Ende in die Ablaufröhre
münden.
Die Anordnung der radial verlaufenden Ablaufleitungen kann am einfachsten
in der 3 erkannt werden, die eine Draufsicht auf die
obere Oberfläche
der Kassette, unmittelbar unterhalb des Umlenkblechs, zeigt. Die
Ablaufröhre
selbst leitet das Kondensat zu dem Boden der Kartusche weiter und
von dort fließen
die Rückstände durch
den Ablauf 236 in eine Sammeleinrichtung 400 (1).
-
Im
Folgenden wird eine Beschreibung der Elemente der verbrauchbaren/wegwerfbaren
Kassette 250 gegeben.
-
Die
grundlegenden Elemente der Kassette 250 umfassen von oben
nach unten das Umlenkblech 251, einen venturisierten Geschwindigkeitsstapelkompressionskopf 254,
eine Expansionskammer 258, das Sieb 257 mit einem
Drahtgewebe, Gasabbrems- und Kondensationselemente 261,
und einen Ausstoßrand 267.
-
Flüssige Rückstände, die
in der Expansionskammer 245 kondensiert sind, wie oben
erwähnt, werden
durch die Leitungen 256 und 259 abgelassen und
Umgehen damit effektiv die Kassette, so dass diese nicht übermäßig verklebt
wird.
-
Der
Kompressionskopf 254 ist unterhalb des Umlenkblechs 251 angeordnet
und ist durch eine Schulter 253 an der unteren Oberfläche des
Umlenkblechs von diesem getrennt. Die expandierten Emissionen aus
der Kammer 245 strömen
in diesem Raum und in eine Mehrzahl von Geschwindigkeitsstapeln 255,
die durch den Kompressionskopf ausgebildet sind. Die Anordnung dieser
Stapel kann am besten in der 3 gesehen
werden, wo zu erkennen ist, dass sie derart angeordnet sind, dass
eine Wechselwirkung mit den radial verlaufenden Leitungen 256 vermieden
wird. Die Geschwindigkeitsstapel selber sind im wesentlichen trichterförmig, um
den verbleibenden Emissionsstrom zu verdichten. Die Emissionen,
die aus den Stapeln austre ten, werden dann etwas in der Expansionskammer 258 expandiert,
bevor sie durch das Matrixsieb 257 aus Drahtgewebe strömen, welches
oberhalb des Abbrems- und Kondensationselementes 261 angeordnet
ist. Das Sieb schafft eine zusätzliche
Aufpralloberfläche für die Emissionen,
um die Rückstände weiter
zu kondensieren.
-
Das
Abbrems- und Kondensationselement 261 umfasst vorteilhafterweise
eine primäre
Packung von inerten Partikeln, wie etwa Glasperlen, von denen jede
3-4 „mils" im Durchmesser ist.
Vorzugsweise schließt
sich eine zweite Packung von Glasperlen mit kleinerem Durchmesser
an, im Vergleich etwa 2-3 mils im Durchmesser, an die primäre Packung
an, um die unerwünschten
schweren Kohlenwasserstoffe und Fremdstoffe aus der Strömung weiter
abzubremsen und zu kondensieren. Die Perlen können perforiert sein und andere
Partikel oder Fasern können auch
benutzt werden. Dieser Schritt ist vorbereitend für die leichten
Kohlenwasserstoffe und flüchtigen Stoffe,
die von den schweren Kohlenwasserstoffen und Fremdstoffen fraktioniert
werden, wenn die Emissionen in die folgende Expansionskammer 248 hineintreten.
Welcher Prozeß auch
immer involviert ist, es wurde herausgefunden, dass der Durchtritt
der Emissionen durch die Glasperlen in der signifikanten zusätzlichen
Trennung bzw. Aufspaltung von unerwünschten Flüssigkeiten und festen Fraktionen
resultiert, die durch den Aulaßrand 267 mit
einem Drahtgewebe ablaufen, um dann dort in die Sammeleinrichtung 400 abzulaufen.
Es ist möglich,
dass der Aufprall der Emissionen auf die Perlen eine stärkere Aufnahme
von flüssigen
Fraktionen erzeugt, wobei diese Fraktionen von der Dampfphase durch
Abbremsen und Kondensieren getrennt werden.
-
Die
Packung 261 kann auch als ein Flammenverhinderer wirken,
falls der Motor eine Fehlzündung
durch den Einlaßkrümmer erfährt.
-
Die
Kassette 250 schließt
am Ablaufrand 267 ab, der die Glasperlen innerhalb der
Packung hält.
-
Die
verbleibenden Emissionen strömen
von der Packung in die Expansionskammer 248, dort wo etwas
zusätzliche
Kondensation von schwereren Rückständen auftreten
kann, insbesondere da die Emissionen gegen die Kartuschenwand 246 prallen. Die Rückstände laufen
auch durch das untere, offene Ende 249 der Kartusche ab,
und sammeln sich in der Sammeleinrichtung 400.
-
Während des
Betriebs werden die Verunreinigungen bzw. Kontaminate zu dem Gravitationssammler 400 über den
Ablauf 236 des Hauptgehäuses 230 geleitet,
und die restlichen gasförmigen Emissionen
strömen
um das Ende 249 der Kartusche und nach oben, zwischen die
Innenwand 231 des Hauptgehäuses 230 und der Außenwand
der Kartusche 240. Die Strömung der Emissionen durch den ringförmigen Raum 270 schafft
eine weitere Möglichkeit
der Kondensation von unerwünschten
Rückständen, die
zurück über den
ringförmigen
Raum zum Boden des Abscheiders zum Ablaufen dort strömen.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform, die
der Anmeldet konstruiert hat, ist das untere Ende des ringförmigen Raums 270 mit
einem Sieb 271 (4) versehen, so dass der ringförmige Raum oberhalb
des Siebes mit zusätzlichen
Glasperlen 260 gefüllt
oder teilweise gefüllt
werden kann. Diese Perlen können
in dem ringförmigen
Raum ansteigen bzw. fallen, in Abhängigkeit vom Saugdruck, der durch
den Einlaßkrümmer des
Motors induziert wird, der durch die Leitung 120 wirkt.
Dadurch kann die Freilegung deren Oberfläche gegenüber den Emissionen maximiert
werden, um einen finalen Reinigungsaufprall zu schaffen.
-
Die
gereinigten Emissionen verlassen den Abscheider 200 durch
den Auslaßanschluß 218 und die
Leitung 120 in Richtung Einlaßkrümmer 124 des Motors,
nachdem sie durch das PCV-Ventil 126 getreten sind.
-
Es
wird angenommen, dass innerhalb der gesamten Anordnung, die durch
das Hauptgehäuse 230 repräsentiert
wird, ein Verdampfungseffekt der verbleibenden flüchtigen
Stoffe stattfindet. Diese thermische Verdampfung tritt infolge der
isolierenden Eigenschaften des Hauptgehäuses 230 ein, und zwar
relativ zu der umschlossenen inneren Kartusche 240 und
Kassettenanordnung 250. Wärme wird der Konvektionsströmung der
heißen
Emissionen aus dem Kurbelgehäuse
des Motors in der gesamten Anordnung entzogen. Aus dieser Konvektionsströmung wird
Wärme über Wärmeleitung
an allen ausgesetzten innenliegenden Oberflächen absorbiert. Diese absorbierte
oder abgeleitete Wärme
erleichtert durch Abstrahlung die Verdampfung der flüchtigen Stoffe,
die in den schweren Kohlenwasserstoffen enthalten sind.
-
Wie
es bekannt ist, verringert sich der Unterdruck innerhalb eines Einlaßkrümmers eines
Motors bei hohen Drehzahlen des Motors, insbesondere bei Volllast
(WOT, wide open throttle). Zur gleichen Zeit baut sich ein übermäßiger Druck
innerhalb des Kurbelgehäuses
auf, das die Kolben eine Hochdrehzahlpumpwirkung entfalten. Nichtsdestotrotz
muss dieser Druck irgendwie abgelassen werden und es muss ermöglicht werden,
dass er entweicht. Andernfalls bauen sich die am Kolben vorbei blasenden
Drücke
auf, durch den Ansaugkanal des Kurbelgehäuses in den Luftfilter oder
den Lufteinlaß hinein,
wodurch der Luftfilter und/oder stromabwärtige Komponenten verunreinigt
werden. In einigen Fällen
erzeugt dieser Zustand ein Problem, so dass übermässig fette Mischungen bewirkt
werden, die letztendlich dazu führen,
dass unerwünschte
Auspuffabgase erzeugt werden. Darüber hinaus ist es eine weitere
Wirkung der Nicht-Belüftung
des Kurbelgehäuses
mit kühlerer Umgebungluft,
dass der Motor Wärmestress
bzw. das Motorschmiermittel Wärmestress
erfährt.
Bis heute verursachen diese Probleme für das Motordesign und den Motorbetrieb
nur beschwerliche Lösungen.
Im Folgenden wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Unterdrucks, unabhängig
von der Öffnung
der Drosselklappe, im Einlaßkrümmer eines
Motors beschrieben.
-
In
der 5 ist ein normaler Hochunterdruck-Zustand im Einlaßkrümmer bzw.
-sammelrohr bei teilweise geöffneter
Drosselklappe gezeigt. Wenn die Drosselklappe progressiv weiter öffnet, wie
es in der 6 gezeigt ist, verschwindet
der Unterdruck, wodurch der Wirkungsgrad des PCV-Systems beeinflusst
wird. Um dieses Problem zu lösen,
wird ein Generator 130 für Unterdruck in das Innere
des Einlaßkrümmers eingeführt. Dieser
Generator, der der Auslaß in
den Einlaßkrümmer für die gereinigten
Emissionen ist, die durch die Leitung 120 von dem Abscheider 200 zugeführt werden,
produziert einen Venturi-Effekt bei hohen dynamischen Strömungsraten,
die bei offenen Drosselklappen vorherrschen, wodurch wiederum selbst
ein Unterdruck erzeugt wird. Dadurch werden die gereinigten Emissionen
eingesaugt, der Betrieb des PCV-Systems aufrecht erhalten und auch
die Umgebungsluftströmung
durch das Kurbelgehäuse
bei hohen Drehzahlen des Motors erhalten. Diese Unterdruckerzeugungsfunktion
ist größtenteils
nicht wirksam und wird gungsfunktion ist größtenteils nicht wirksam und
wird auch nicht gebraucht, wenn der Unterdruck in dem Einlaßkrümmer vorhanden
ist, bei geringen Drosselklappenöffnungen.
Die resultierende Funktion der so erhaltenen Belüftung des Kurbelgehäuses hilft
bei der Kühlung und
dem Erhalt der Schmiermittel im Kurbelgehäuse sowie der Bauteile des
Motors unter extremen Lastzuständen
im Betrieb.
-
Alternative
Unterdruckerzeuger 150, 160 und 170 sind
jeweils in den 7, 8 und 9 gezeigt,
und deren Betrieb ist dem Fachmann ohne weitere detaillierte Beschreibung
offensichtlich klar.
-
Wie
es offensichtlich ist, funktioniert das Verfahren und die Vorrichtung
zum Abscheiden und Sammeln, wie oben beschrieben, unabhängig vom Einsatz
der. Unterdruckerzeuger, wie diese mit Bezug zu den 5 und 9 beschrieben
werden.
-
In
der 10 sind die Einzelheiten des Gravitationssammlers 400 gezeigt.
Er ist an den Ablauf 236 des Hauptgehäuses 230 angeschlossen,
und zwar mittels der Leitung 270 zum Sammeln und Speichern
der entfernten Rückstände. Der
Gravitationssammler 400 weist eine optionale Ablaufserviceeinheit 500 (11)
auf, die ebenfalls installiert werden kann.
-
Die
Funktion der Sammeleinrichtung bzw. Sammlers 400 ist nicht
nur die Rückstände von
dem Abscheider 200 zu erhalten, sondern auch die Druckverringerung
und den Druckausgleich in dem Kurbelgehäuse des Motors aufrecht zu
erhalten. Er umfasst ein Hauptgehäuse 402 und einen
Gehäuseverschluß 404,
der darauf aufgeschraubt ist. Ein O-Ring 405 dichtet das
Gehäuse
und den Verschluß ab.
Der Sammler kann horizontal oder vertikal in dem Motorraum angeordnet
werden, entlang des Kurbelgehäuses,
des Rahmens oder wo immer es der Bauraum zuläßt, in einer Höhe unterhalb
des Ablaufs 236. Sowohl der Einlaß 406 als auch der
Auslaß 408 sind
zu der Mitte des Verschlusses versetzt angeordnet, um den Zugang
zu erleichtern und um die Installation der Leitungen 270 und 420 jeweils
zu erleichtern, in unzugänglichen
Ecken des Motorraums und/oder des Fahrzeugchassis. Der Einlaßnippel 406 steht
nach innen vor, in die Behälterkammer
hinein. Er hat einen vergrößerten Durchmesser
relativ zum Auslaß 408. Die
Reinigungsleitung 410 weist ein offenes Ende auf, so dass
der Zugang zu den Rückständen ermöglicht ist,
sollte der Sammler 400 horizontal eingesetzt sein. Der
Gravitationsablaßstopfen 412 ist
im Boden eingesetzt, benachbart der Reinigungsleitung 410. Ein
Fluidniveausensor 413 ist in den Verschluß 404 eingebaut,
wo er das Fluidniveau korrekt messen kann, egal ob der Sammler vertikal
oder horizontal eingebaut ist. Die Leitung 420 ist mit
der Reinigungsleitung 410 über den Auslaßnippel 408 verbunden und
führt gereinigte
Rückstände von
dem Sammler 400 zu dem verbindenden Nippel 604 des
Verbinders 600.
-
Der
Gravitationssammler 400 ist mit einer Umgebungsluftleitung 422 versehen,
die am Verbinder 600 an dem Umgebungsluftnippel 606 beginnt. Der
Nippel hat eine Lüftungsnippelkappe 606'. In dem Verschluß 404 des
Sammlergehäuses
endet die Lüftungsleitung 422 in
dem Verschluß an
einem Lüftungsnippel 414.
-
Der
Sammler 400 ist mit der tragbaren Abflußserviceeinheit 500 über einen
Rückschlagventilverbinder 600 verbunden.
Der Verbinder ist an einer vorne gelegenen Tafel an der Front des
Motorraums oder einem Wandträger
positioniert und weist Nippel 602 bis 604 auf.
Der erstere Nippel 602, die Serviceleitung 420 vom
Sammler 400 und der letztere Nippel 604 verbinden
die Leitung 520 mit der sich anschließenden Abflußserviceeinheit 500.
-
Unter
Bezugnahme auf die 11 ist dort das Gehäuse 502 der
Serviceeinheit 500 mit einer hermetischen Dichtungskappe 504 versehen,
die ein Rückschlagventil 508 und
einen Unterdruckquellennippel 510 enthält, wobei dieser Nippel eine
Staubschutzkappe 510' hat.
Das Element 512 umfasst einen Abfluß, der unter dem Einfluß des negativen Drucks
bzw. Unterdrucks selbstabdichtend ist. Der Einlaßnippel 506 der Abflußserviceeinheit 500 ist über die
Leitung 520 mit dem Nippel 604 des Verbinders 600 verbunden.
Der Auslaßnippel 510 der
Abflußserviceeinheit 500 ist über die
Leitung 530 mit einer vorher ausgewählten Unterdruckquelle an dem Einlaßkrümmer des
Motors verbunden, um den Sammler 400 periodisch zu entleeren.
-
Das
zugrundeliegende Verfahren und die zugrundeliegende Vorrichtung
funktionieren unabhängig
von der Abflußserviceeinheit 500.
Deren Einbeziehung ist optional.
-
Eine
solche Abflußserviceeinheit
kann unter Umständen
nicht an eine Dieselmaschine angepaßt werden, da diese meistens
keine Unterdruckquelle haben, aber der Sammler 400 kann
mit der gleichen Wirkung entleert werden.
-
Im
Folgenden wird Bezug genommen auf die 12 bis 17,
in denen die bevorzugte Ausführungsform
des Abscheiders nach der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, der
aus Gründen
einer effizienten Herstellung in der Konstruktion etwas vereinfacht ist,
insbesondere wenn die Einheit aus Kunststoff hergestellt werden
soll. Diese Ausführungsform
entspricht mit ihren Hauptmerkmalen der Ausführungsform, die mit Bezug zu
den 1 bis 4 oben beschrieben worden ist,
mit der prinzipiellen Ausnahme, dass die Kassette 250 als
diskretes Element eliminiert worden ist, und stattdessen in die
Kartusche 240 integriert worden ist, um eine wirtschaftlichere und
einfachere Konstruktion zu erhalten. Die folgende Beschreibung ist
deshalb limitiert auf die signifikanteren Unterschiede zwischen
diesen beiden Ausführungsformen.
-
Wie
es insbesondere aus der 12 zu
ersehen ist, sind der Einlaßanschluß 210 und
der Auslaßanschluß 218 gerade
ausgeführt,
so dass der integrierte ellbogenförmige Teil des Einlaßanschlusses und
des Auslassanschlusses des Abscheiders, der in der 2 gezeigt
ist, fehlt. Stattdessen können
relativ preiswerte gebogene Ellbogenteile 195 benutzt werden,
die entweder durch Reibpassung oder Klemmpassung an der gezahnten äußeren Oberfläche der
Anschlüsse 210 und 218 befestigt
werden. Dadurch wird es ermöglicht,
die Ellbogenteile zu drehen, und zwar in die Richtung der Leitungen 110 und 120,
um nicht notwendige Biegungen und Crimpungen in diesen Leitungen
zu minimieren. Der Einlaßanschluß kann weiterhin
einen Diffusor 222 enthalten, wie man es am besten in der 13 erkennen kann,
wobei der Diffusor in einer Gabel 227 getragen ist, die
in dem geweiteten Hals 228 des Einlasses 210 angeordnet
ist. Die untere Kante 229 der Gabel ist abgeschrägt, um in
die entsprechende oben abgeschrägte
Venturidüse 243' zu passen.
Der Diffusor 222, falls vorhanden, schafft die gleiche
Funktion wie oben beschrieben, obwohl bei dieser Ausführungsform
der Diffusor nicht ausgelegt ist, um kalibrierte Luft von dem Einlaßkrümmer in
die Emissionsströmung
einzuleiten. Der dreieckige Diffusor erzeugt vielmehr nur Turbulenzen.
Falls solche Luft in die Emissionsströmung eingeleitet werden soll,
kann der oben beschriebene Diffusor mit dem Auslaß 224 eingesetzt
werden.
-
Wie
vorher beschrieben, ist die untere Oberfläche der Expansionskammer 245 durch
das konische Umlenkblech 251 begrenzt. Bei dieser Ausführungsform
zeigt das Umlenkblech, welches am besten in der 14 zu
sehen ist, einen größeren Winkel entlang
der geneigten Seiten und ist mit dem Kompressionskopf 254 selbst
durch einen Schnappverschluß verbunden,
nämlich
zwischen der Hülse 248 an
der unteren Seite des Umlenkbleches und einer kreisförmigen Stange 249,
die sich von der oberen Fläche
des Kopfes aus nach oben erstreckt.
-
Der
Zweck des Umlenkbleches ist es, rückwärts gerichtete Wirbel zu erzeugen,
zurück
in die Expansionskammer 245, um den Niederschlag von flüssigen Verunreinigungen
mittels Kollision zu unterstützen.
Der Niederschlag bzw. das Kondensat läuft an den inneren Wänden 246 nach
unten, hinter die Lippe 252 des Umlenkbleches und in den
ringförmigen
Raum 265 unterhalb des Umlenkbleches und zwischen die Wand 246 der
Kartusche und die gegenüberliegende
Schulter 266 des Kompressionskopfes 254. Bei dieser
Ausführungsform
sind jedoch die O-Ringe 268 weg gelassen und stattdessen
ist die Wand 266 verlängert,
um eine untere Oberfläche 266' zu umfassen,
so dass der ringfömige
Raum 265 nun eine separate Mulde ausbildet und sich vollständig um
den oberen Umfang des Kompressionskopfes herum erstreckt. Während bei
der zuvor beschriebenen Ausführungsform
das Fluid aus diesem Raum in ein Ablaufrohr 259 über die
radial verlaufenden Leitungen 256 abgelassen wird, wurde
nun bei der vorliegenden Ausführungsform
der Ablauf bemerkenswert vereinfacht, indem zwei oder drei kleine
Löcher 264,
die am besten in der 15 zu erkennen sind, in der
unteren Fläche
der Mulde ausgebildet worden sind, die es dem Kondensat ermöglichen,
entlang der inneren Wände 246 der
Kartusche 240 in Richtung des Abflusses 236 weiter
abzulaufen. Auf diese Art und Weise können die radial verlaufenden
Abläufe 256 und
das Ablaufrohr 259 weggelassen werden.
-
Das
Obere der Wand 266 ist abgeschrägt, wie es bei dem Bezugszeichen 269 zu
sehen ist, was wiederum im Zusammenspiel mit dem nach oben gerichteten
Rand der Lippe 252 des Umlenkbleches 251 eine
konische Öffnung
bzw. Venturidüse 279 ausbildet,
die sich entlang des Umfangs erstreckt, was auch schematisch in
der 14 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, und
in einen Expansionsbereich oder ei ne Expansionskammer 275 mündet, die
zwischen der unteren Oberfläche 276 des Umlenkblechs
und einer oberen Oberfläche 277 des Kompressionskopfes
liegt. Es wird angenommen, dass es eine Beschleunigung und eine
entsprechende Abkühlung
der Emissionen gibt, wenn diese durch die Öffnung 279 strömen und
dann eine Expansion der Strömung
in die Kammer 275, in der, zumindest theoretisch, ein gleicher
und beständiger
Druck über den
Geschwindigkeitsstapeln 255 aufrechterhalten wird. Die
Strömung
an Emissionen wird dann wieder komprimiert und beschleunigt, wenn
diese durch die Geschwindigkeitsstapel 255 in die Expansionskammer 258 gezwungen
wird. Es wird angenommen, dass diese schnelle Abfolge von Verdichtungen
und Entspannungen und Beschleunigungen, die Abtrennung der Verunreinigungen,
insbesondere da der Ablauf der Flüssigkeiten aus dem Geschwindigkeitsstapeln
in die Kammer 258 manchmal beobachtet werden kann, unterstützt.
-
Die
Funktion der Elemente, die oben Teil der Kassette 250 sind,
ist im wesentlichen gleich wie oben beschrieben, mit der Ausnahme,
dass das gesamte interne Volumen des Raumes 258 zwischen dem
Rand 267 und dem Geschwindigkeitsstapelkompressionskopf 254 durch
das Hineinpacken der inerten Artikel, wie etwa von Glasperlen, besetzt
ist. Der Kompressionskopf 254 ist nunmehr ein integraler Teil
der Kartusche 240, wie es am einfachsten in der 14 zu
sehen ist, und der Rand 267 schnappt in eine am Umfang
umlaufende Kerbe oder Sperre 278 ein, die in der Wand 246 der
Kartusche ausgebildet ist, und wie es in der 16 am
besten zu sehen ist. Die Perlen können in der Größe von 2
bis 4 „mils" sein und können mit
den größeren Partikeln
vermischt sein oder diese können
oben auf geschichtet sein. Vorteilhafterweise können die Perlen perforiert sein
oder hohl sein, um deren Oberfläche
zu vergrößern, um
die schweren Kohlenwasserstoffe und die Fremdstoffe und Feststoffe
in der Strömung
aus Emissionen besser abbremsen zu können.
-
Wenn
diese Packung an einem Punkt angelangt, an dem sie wirkungslos und
verunreinigt ist, kann die komplette Kartusche 240 entfernt
werden und entsorgt werden sowie eine frische Kartusche an deren
Platz installiert wird. Bei dieser Ausführungsform gibt es vier Expansionskammern
mit den Bezugszeichen 245, 275, 258 und 248,
die von oben nach unten angeordnet sind.
-
Die 17 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Abscheiders 200 und
seines Äußeren mit einem
Träger 205,
der nützlich
ist, um den Abscheider an einem passenden Ort in dem Motorraum des Fahrzeuges
zu montieren.
-
Unter
Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung
werden die nicht erwünschten
Nebenprodukte der Verbrennung und Fremdstoffe aus dem Kurbelgehäuse gereinigt,
bevor diese sehr wahrscheinlich von dem Motoröl in dem Kurbelgehäuse aufgenommen
werden. Dadurch wird ein sauberes und schmutz- und säurefreies
Schmiermittel sowie eine sauberere Umwelt geschaffen. Die Emissionen
werden aus dem Kurbelgehäuse
in einen separaten Behälter 230 abgeführt. Die
Strömung wird
daher durch eine vergrößerte Leitung
geschickt, beschleunigt und tritt durch den Abscheider, wo der Druck
der Emissionen des Kurbelgehäuses
reduziert wird, indem externes Volumen zugefügt wird, was von dem Behälter 230 geleistet.
wird, und die Verunreinigungen werden durch Kondensierung und durch induzierte
Wirbelaktivität
abgetrennt, indem eine Druck- und Temperaturdifferenzialabtrennung,
Expansion, Kollision, induzierte Fraktionierung, kinetisches Aufprallen
und induzierte Aufnahme passieren. Die schweren Kohlenwasserstoffe
und die Fremdstoffe werden aus dem Abscheider in einen separaten
Gravitationssammler abgegeben. Die leichteren Kohlenwasserstoffe
und die flüchtigen
Stoffe, die aus den Emissionen des Kurbelgehäuses gewonnen werden, werden
als Resultat dieses gesamten Prozesses gereinigt. Diese gereinigten
Kohlenwasserstoffe und flüchtigen
Stoffe stellen einen raffinierten Treibstoff dar, der dann über eine
Leitung vorteilhafterweise auf die stromabwärtige Seite der Drosselklappe
und vor dem Einlaßkrümmer geleitet
wird.
-
Das
alles wird im wesentlichen in einem abgeschlossenen System ausgeführt, welches
keine nicht-kalibrierte Luft von außen ansaugt.
-
Die
oben beschriebenen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung sind als illustrierend für die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gedacht und sollen den Schutzumfang der
vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Verschiedene Modifikationen
sind dem Fachmann geläufig
und sollen in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegen.
Die einzigen Beschränkungen des
Umfangs der vorliegenden Erfindung sind in den folgenden Patentansprüchen dargelegt.