本发明涉及根据权利要求1的前序部分的聚结分离器、其在曲轴箱通气系统中的使用、以及曲轴箱通气系统。
背景技术：
在活塞式内燃机中，在曲轴箱中产生含油的（具体地含油气溶胶）的泄漏气体—即所谓的漏气气体。同时，在许多国家中，法律要求将其返回燃烧过程中，并且这在所谓的封闭式曲轴箱通气系统中实现，例如在de102016005357a1中公开的那样。曲轴箱通气系统的最重要任务包括油分离和油返回到曲轴箱中以及调节曲轴箱压力。为此目的，在用于分离气溶胶（主要是油气溶胶）的此系统中，除了惯性分离器之外，还可以采用聚结分离器。在这种背景下，由于变得越来越严格的排气法规，因此关于油分离的要求已经在过去几年中稳步增加，以便保护与排放相关的发动机部件（诸如排气涡轮增压器、增压空气冷却器或传感器）免受由于油污染而引起的性能损失或故障。这变得更加重要，具体地在封闭式ccv系统中，因为曲轴箱气体未释放到环境中，而是返回到燃烧过程中。因此，油分离的重要性不仅在于最小化油耗，而且在今天，它主要关于遵守排气法规以及重要部件在车辆使用寿命内的运行提供了重大贡献。
对于此应用，雇员已知聚结过滤介质（也称为聚结过滤介质）。这种过滤介质对于本领域技术人员而言已知为半成品幅，其在连续过程（例如，纸、纺丝或非织造过程）中生产并且以卷筒形式供应以及从卷筒进行处理。在用于液体分离的聚结过滤介质中，油滴被捕获在纤维处并且组合成然后通过重力排出的更大液滴。为此目的，已知在约60-70g/m2的质量重量范围内的混合过滤介质，其通常包含粗塑料纤维以及10%至60%之间的玻璃纤维，其中塑料纤维主要具有结构功能并且较细的玻璃纤维意图生成有效的分离效果。在这种背景下，例如使用用于粘结玻璃纤维和塑料纤维的熔融固结过程。
本发明的目的是进一步开发上述类型的聚结分离器以使得其功能被最佳化，具体地改善聚结分离器的压力损失。
技术实现要素：
该目的通过根据权利要求1的前序部分的聚结分离器及其在内燃机的具体封闭式曲轴箱通气系统中的使用来解决，优选地没有另外的细分离器或另外的细分离层。
因此，本发明基于使用湿法成网的玻璃纤维纸的多层结构来进行油分离。具有其开放结构的根据本发明的多层结构可以令人惊奇地用作有效的最终分离器或用作唯一分离级，具体地，除了在多层结构中使用的玻璃纤维纸之外，不需要另外的细分离级或细分离层。
聚结分离器用于从气流中分离液滴，具体地用于从气流中分离油，优选地用于从曲轴箱气体中分离油滴。聚结分离器优选地包括气体入口、气体出口、以及布置在气体入口和气体出口之间的过滤主体。优选地，将聚结过滤介质的多层结构用作过滤主体，其中使用具体为湿法成网的玻璃纤维纸作为聚结过滤介质。聚结过滤介质优选地包括大于0.8mm且进一步优选地最大5mm的单独层厚度。聚结过滤介质优选地包括大于80g/m2、优选地大于100g/m2，具体优选地大于180g/m2，并且进一步优选地小于500g/m2的单独层克重。聚结过滤介质优选地包括350-1,800l/m2s的单独层空气渗透率。
在优选实施例中，多层结构包括聚结过滤介质的2至80个层，所述层优选地直接布置在彼此上并且堆叠或缠绕。优选地，采用2至40个、具体优选地4至40个、以及最佳地4至20个层。堆叠在彼此上的层有利地作为整体形成对于液体分离起决定性作用的结构。在这种背景下，然而也独立于此，进一步优选的是聚结分离器的最细分离级由多层结构和/或聚结过滤介质形成。由聚结过滤介质形成的结构具有的优点是，具体地尽管是非常开放的结构，但可以实现对于应用而言足够的分离效果，使得除了聚结过滤介质之外，不需要在多层结构中设置的下游细分离器或最终分离器和/或不需要附加的更细分离层，以便实现对于应用而言足够的分离。除了聚结过滤介质之外，不包括引入多层结构中的更细（细）分离层（即比聚结过滤介质更细）的多层结构被称为无中间层的。
因此，在优选实施例中，提供的是，多层结构和/或聚结过滤介质形成确定聚结分离器的效率的分离级。换句话说，多层结构因此优选地是无中间层的。
在优选实施例中，聚结过滤介质是单层结构，即它不具有带例如层压在彼此上的两个或多个分离有效层的复合结构。这意味着，在由这种过滤介质形成多层结构之前，聚结过滤介质由此（即如通常从辊移除的幅层）尚未设置有不同分离有效层的多层复合结构。对此的示例是具有层压纳米纤维层的玻璃纤维纸或类似物。因此，可以实现布置在彼此顶部上的聚结过滤介质的多个层的多层结构，其在流动方向上具有相对均质的分离有效结构。进一步优选的是，聚结过滤介质是均质的，即本身是均质的。这意味着聚结过滤介质没有超过标准水平的梯度结构，例如，这可能是由方法修改引起的，所述方法修改将加强由纸方法预先确定的方法影响的最小梯度结构。聚结过滤介质的上半部和下半部之间的密实度差优选在小于30%的范围内。固体材料所占据的体积比例应理解为密实度。
在实施例中，多层结构的总克重（即，聚结过滤介质的单独层的克重乘以层数）为至少500g/m2，优选地至少760g/m2，具体优选地至少1,000g/m2。此外，在实施例中，多层结构的总克重为最大10,200g/m2，优选地最大8,000g/m2，具体优选地最大5,100g/m2。在此范围内，可以实现与曲轴箱气体中包含的油的良好的应用相关分离度。
在优选实施例中，多层结构的总空气渗透率小于350l/m2s且大于15l/m2s，优选地在200与15l/m2之间，具体优选地在180与30l/m2之间。以这种方式，可能以足够的分离性能实现尽可能小的压力损失。
在优选实施例中，聚结过滤介质的单独层的空气渗透率和克重的乘积为110与220g/m*s之间，优选地140与180g/m*s之间。已经发现，在该范围内，可以实现良好的分离性能，同时在单独层处的压力损失不太高。
在实施例中，对于多层结构采用两个或更多个不同的聚结过滤介质层，然而，其中层中的每一个包括大于0.8mm且最大5mm的单独层厚度、大于80g/m2且小于500g/m2的单独层克重、以及350-1,800l/m2s的单独层空气渗透率，其中具体优选的是，层中的每个包括在110与220g/m*s之间、优选地在140与180g/m*s之间的聚结过滤介质的单独层的空气渗透率和克重的乘积，其中进一步优选地的是，空气渗透率和克重的乘积至少在 /-10%的范围内重合。在这种背景下，具体地具有不同克重的聚结过滤介质层（克重具体地在大于80g/m2，优选地大于100g/m2，具体优选地大于180g/m2，并且进一步优选地小于500g/m2的范围内）可以被组合以便针对相应应用调整关于压力损失和分离度的最佳配置。
在优选实施例中，聚结过滤介质中的玻璃纤维的质量比例为至少90%，优选地至少93%，具体优选地至少95%。
在优选实施例中，聚结过滤介质中的可焚化材料的质量比例为最大10%，优选地最大7%，具体优选地最大5%。可焚化材料通常构成超出玻璃纤维比例的其余部分，并且可以包含粘结剂、浸渍剂和/或塑料纤维。
玻璃纤维在总重量中的较大比例的优点是几乎整个质量比例向分离性能提供很大贡献，而在混合纤维介质的情况下，与玻璃纤维比例相比，塑料纤维比例通常向分离性能提供减小的贡献。此外，这样的高玻璃纤维比例的优点是可以实现关于压差特别稳定的聚结过滤介质，该聚结过滤介质在压力下仅经历最小变形并且因此仅经历分离行为和压力损失的最小变化。此外，高玻璃纤维比例实现了相对于克重尤其是开孔的结构。此外，高玻璃纤维比例对于化学稳定性可能是有利的。
在优选实施例中，提供的是，聚结过滤介质包括质量比例为最大10%、优选地最大7%、具体优选地最大5%的粘结剂，其优选不包含两组分纤维，具体优选地不包含熔融纤维，并且例如是丙烯酸酯粘结剂。最小粘结剂/熔融纤维比例有助于使纤维的比例尽可能大，从而最佳地有助于分离效果。减小的粘结剂比例降低了由粘结剂闭合数量尽可能低的单独孔的风险。通常优选放弃形成结构的聚合物纤维，即形成用于更细的分离有效玻璃纤维（具体是熔融纤维）的载体基质。
在优选实施例中，提供的是，聚结过滤介质的单独层的克重大于150g/m2，优选地大于180g/m2。这有助于用于多层结构的聚结过滤介质的良好可处理性。
在优选实施例中，提供的是，聚结过滤介质的单独层的空气渗透率为至少350l/m2s，优选地至少600l/m2s。已经发现，即使这种可渗透聚结过滤介质也可以提供令人满意的分离，以用于在ccv油分离器的情况下使用。
优选地，聚结过滤介质的单独层的空气渗透率小于1,700l/m2s。
具体地对于盘绕的多层结构，已经发现单独层的空气渗透率在大于600l/m2s的范围内，优选地结合小于260g/m2的克重。在这种背景下，具体优选的是小于900l/m2的单独层的最大空气渗透率，优选结合至少180g/m2的克重。
在优选实施例中，聚结过滤介质的玻璃纤维的至少90%、优选地至少95%包括大于2.5μm、优选地大于3μm的纤维直径。
进一步优选的是其中聚结过滤介质的玻璃纤维的至少90%包括小于10μm、优选地小于8μm的纤维直径的聚结分离器。直径大于10μm的粗纤维比例的限制（理想的是至少限于不大于10%的比例）有助于实现分离有效纤维以及以相对最小量的增加压力损失的纤维的改善的比例。
在优选实施例中，提供的是，聚结过滤介质中包含的聚结过滤介质的玻璃纤维的至少90%包括大于2.5μm、优选地在2.5μm与8μm之间的纤维直径。具体优选的是，包含在聚结过滤介质中的聚结过滤介质的玻璃纤维的至少90%包括3μm或3.5μm与7.5μm之间的纤维直径。独立于此，但具体地在上述总范围内也是有利的，当聚结过滤介质的玻璃纤维包括在4与6μm之间、优选地在4.5与6μm之间，具体优选地在5至6μm的平均纤维直径（d50）时是进一步有利的。以此方式，关于聚结过滤介质的分离效果、压力损失和稳定性，可以分别实现良好的特性。在这种背景下，具有在5与6μm之间的窄公差的具体优选配置表示为最佳。
已经发现，具体地对于聚结过滤介质中的玻璃纤维的高总体比例，甚至对于与ccv领域中使用的其他介质相比更粗的分离有效结构，直径范围小于3μm的玻璃纤维的最小比例（即小于10%、优选地小于5%的比例）实现了高分离度并且同时可以提供关于压力损失的很大优势以及从而节省了能量。
此外，本发明涉及前述聚结分离器在内燃机的具体闭合式曲轴箱通气系统中的使用，优选地没有另外的细分离器或另外的细分离层，即优选地上述聚结分离器形成ccv系统中的最细油分离器。
根据本发明的曲轴箱通气系统包括前述聚结分离器。进一步优选的是，曲轴箱通气系统是闭合的，即在操作中发生已在聚结分离器中净化的曲轴箱气体通过导管返回到进气歧管中或进入内燃机的燃烧过程。在有利的实施例中，曲轴箱通气系统包括用于保护曲轴箱免受过度压力的过压阀和/或用于调节曲轴箱中的压力的压力调节阀。
为了确定当前描述的聚结过滤介质的有利特性，发现以下标准和测量方法是合适的。指示值已由这些规则确定或可由其确定：类似于iso534的材料厚度，但负载为10kpa；根据dineniso536的克重；根据dineniso9237的在200pa下的空气渗透率（总空气渗透率对应于单独层的空气渗透率除以层数）；类似于din53811:1970-07的在基于约300个测量纤维的纵向视图的微投影中的纤维直径分布；平均纤维直径由数量加权。
附图说明
如以上已经解释的，存在以有利的方式配置和进一步发展本发明的教导的各种可能性。就这一点而言，一方面，必需参照从属于权利要求1的权利要求；另一方面，下面将尤其借助于图1至3所示的实施例以及另外示例更详细地说明本发明的另外实施例、特征和优点。它在以下中示出：
图1为根据本发明的具有聚结分离器的曲轴箱通气系统的实施例的透视图；
图2为图1的曲轴箱通气系统的纵向剖视图；
图3为图2的聚结分离器的详细视图的纵向剖视图；以及
图4为另一聚结分离器的详细视图的剖视图。
具体实施方式
图1以透视图示出了曲轴箱410，该曲轴箱仅被示意性地指示并且包括曲轴箱通气系统的聚结分离器200。曲轴箱410是内燃机的部件。内燃机可以安装在机动车辆中。聚结分离器200被配置为用于来自曲轴箱410的内部的含油空气的聚结分离器。在此应用中，含油空气通常被燃烧气体污染，所述燃烧气体作为泄漏气体从气缸离开到曲轴箱中。该混合物通常也被称为曲轴箱气体，其中目前为简化起见在下文中将使用术语空气。
聚结分离器200包括基本上椭圆柱形（具体是圆柱形）的壳体，该壳体由第一壳体部分210（即壳体盖）和第二壳体部分220（即壳体主体）组成。第二壳体部分220包括用于含油空气500的入口222。在壳体中，布置了具体可互换地插入的分离元件100，该分离元件至少包括以多层缠绕的成螺旋形的聚结过滤介质的多层结构10；参见图2。在其他实施例中，可以想到堆叠。分离元件100在图1中被壳体隐藏，并且因此设有虚线参考字符线。在壳体210、220内，借助于聚结过滤介质的多层结构10净化空气500（在图3中用箭头指示对应空气流20）。所得的清洁空气510从由多层结构10包围的内部12（图2）经由分离器元件100的清洁空气排放元件50来引导到壳体盖210的清洁空气出口212，并且从清洁空气出口212引导回到内燃机的进气歧管中。分离的油经由油出口230排放。
为了将曲轴箱真空度限制为限定值，聚结分离器200包括压力调节阀。例如在图2和图3中示出的压力调节阀具有阀闭合主体310，其被阀闭合主体密封元件320（优选地被膜）围绕，如这里所示。此阀也可以与聚结分离器200组合，该聚结分离器在图4中示意性地示出并且在下面中进行描述。
聚结分离器200包括优选可打开的壳体，该壳体由第一壳体部分2100（即壳体盖）和第二壳体部分2200（即壳体主体）组成。第二壳体部分2200包括用于含油空气500的入口2220。在壳体中，布置了具体地可更换地插入的分离元件1000，其至少包括堆叠成多层的聚结过滤介质的多层结构10、被紧密密封地夹在壳体部分2100、2200之间的密封件2400、以及固定地连接到密封件2400和多层结构10的支撑框架2300。在其他实施例中，可以想到盘绕。在壳体2100、2200内，借助于聚结过滤介质的多层结构10净化空气500（用箭头指示对应空气流20）。所得的清洁空气510从清洁室（该清洁室在图中布置到分离元件1000的左侧）经由壳体盖2100的清洁空气出口2120来引导回内燃机的进气歧管中。分离的油经由油出口2300排放。
示例
已经将根据本发明的聚结分离器的实施例与三种不同的其他结构进行了比较。在这种背景下，已经采用了不同的聚结过滤介质。已经基于体积加权平均液滴大小为约1.1μm的气溶胶来确定分离度。已经相对于相应层数配置了示例，其中目的是针对约20cm/s的流入速度，压力损失在20mbar的范围内。在这种背景下，很明显的是，比较例包括克重和空气渗透率的比较最小乘积，以及相对于压力损失和分离度之比的最小性能水平。这通常用品质的因子（品质因子）来提及，其计算如下：
qf=ln(1/p)/deltap，其中p=渗透率=（1-分离度）并且其中deltap=压力差。
示例1和2分别是根据本发明的聚结分离器，其通过聚结过滤介质的两个不同实施例体现，所述两个不同实施例基本上在克重方面不同。两者包括95%的玻璃纤维比例，其中剩余部分为可焚化粘结剂混合物。在每种情况下，包含在聚结过滤介质中的聚结过滤介质的玻璃纤维的90%包括3至7.5μm之间的纤维直径以及5至6μm之间的平均纤维直径（d50）。显而易见的是，在两个变体中，在低于20mbar的压力损失下实现了高于（示例2）或约（示例1）90%的分离度。对应地，在两个变体中，实现了大于1的品质因子。与示例1相比，示例2甚至可以稍微更好地进行生产，这是因为所采用的聚结过滤介质的实施例对处理的敏感性较低。就这一点而言并且具体地关于处理具有高于总重量的90%的高玻璃纤维比例的玻璃纤维纸（如本示例中），使用克重高于150g/m2，优选高于180g/m2的聚结过滤介质可以实现良好的处理可靠性并从而实现较快生产。在单独情况下，对于在批量生产环境中生产根据本发明的多层结构，具体地在生产盘绕实施例时，可能是有利的是，向聚结过滤介质提供并非有效分离的载体层。以这种方式，聚结过滤介质可以在生产期间暴露于较高的张力和速度。载体层可以通过层压来附接并且具体地应当不显著影响跨多层结构的分离结构的均匀性，与玻璃纤维纸相比，显著更薄（至少薄了四倍，优选厚度小于0.25mm）且具有更多的渗透率（至少三倍多的渗透率，优选最小空气渗透率为5,000l/m2s）。为此目的，例如，可以采用厚度为约0.2mm且高的空气渗透率为约6,500l/m2s的薄纺非织造布。然而，优选的是无载体层的聚结过滤介质。
即使比较例显示出与上述示例类似量值的空气渗透率，其克重和空气渗透率的乘积也减小。此外，显而易见的是，对于最小层数量（比较例1和2），产生了大于20mbar的压差并且未实现90%的分离度。在比较例3中，确实实现了几乎90%的分离度，但在该比较例3中代价是高于25mbar的压力损失。与前述示例相比，所有示例共同具有显著减小的低于0.9的品质因子。
基于此，从比较中可以明显看出，显著小于30%的细纤维比例（更精确地，直径小于3μm的纤维的相对最小比例）可以显著地有助于达到关于分离度和压力损失优化的结构。如所证明的，对于少于10%的比例，该效果是明显的，但即使对于少于20%的比例，也会预期显著改善。
1.一种用于从气流中分离液滴的聚结分离器，具体地用于曲轴箱通气系统，包括气体入口、气体出口、以及布置在所述气体入口和所述气体出口之间的聚结过滤介质的多层结构，其特征在于，所述聚结过滤介质包括玻璃纤维纸，所述玻璃纤维纸具有大于0.8mm且最大5mm的单独层厚度、大于80g/m2且小于500g/m2的单独层克重、以及350-1800l/m2s的单独层空气渗透率。
2.根据权利要求1所述的聚结分离器，其中所述多层结构包括所述聚结过滤介质的优选直接布置在彼此上的2至80个层，所述层被堆叠或盘绕。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质是单层结构，其中所述单层结构优选是均质的。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述多层结构的总克重（即，所述单独层的所述克重乘以层数）在500与8000g/m2之间。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述多层结构的所述总空气渗透率在350与15l/m2s之间，优选地在200与15l/m2s之间，并且具体优选地在180与30l/m2s之间。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质的单独层的空气渗透率和克重的乘积在110与220g/m*s之间，优选地在140与180g/m*s之间。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质中的所述玻璃纤维包括至少90%，优选地至少93%，具体优选地至少95%的质量比例。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质中的可焚化材料的质量比例为最大10%，优选地最大7%，具体优选地最大5%。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质包括质量比例为最大10%、优选地最大7%、具体优选地最大5%的粘结剂，所述粘结剂优选不包含双组分纤维，具体优选地不包含熔融纤维，并且例如是丙烯酸酯粘结剂。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质的所述单独层的所述克重大于100g/m2，优选地大于150g/m2，具体优选地大于180g/m2。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质的所述单独层的所述空气渗透率大于350l/m2s，优选地大于600l/m2s。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质的所述单独层的所述空气渗透率小于1800l/m2s。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质的所述玻璃纤维的至少90%、优选地至少95%具有大于2.5μm、优选地大于3μm的纤维直径。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质的所述玻璃纤维的至少90%具有小于10μm、优选地小于8μm的纤维直径。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结过滤介质的所述玻璃纤维具有在4与6μm之间、优选地在4.5与6μm之间、具体优选地在5至6μm之间的平均纤维直径。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述聚结分离器的最细分离级由所述多层结构和/或所述聚结过滤介质形成。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述多层结构和/或所述聚结过滤介质形成确定所述聚结分离器的效率的所述分离级。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器，其中所述多层结构包括两个或多个不同的聚结过滤介质层，其中所述层中的每一个具有大于0.8mm且最大5mm的单独层厚度、大于80g/m2且小于500g/m2的单独层克重、以及350-1800l/m2s的单独层空气渗透率。
19.一种曲轴箱通气系统，包括根据前述权利要求中的任一项所述的聚结分离器。
20.根据前述权利要求1至18中的任一项所述的聚结分离器在内燃机的具体地闭合式曲轴箱通气系统中的使用，优选地没有另外的细分离器或另外的细分离层。
技术总结