DE10147230A1 - Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelgehäuse eines Brennkraftmotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelgehäuse eines Brennkraftmotors mit zwei in Reihe geschalteten Druckregelventilen (1, 2), wobei das erste Druckregelventil (1) im Montagezustand mit dem Kurbelgehäuse und das zweite Druckregelventil (2) mit dem Saugrohr des Brennkraftmotors verbunden ist und das zweite Druckregelventil (2) auf einen Arbeitsunterdruck eingestellt ist, der zwischen dem maximalen Unterdruck des Saugrohrs und dem Arbeitsunterdruck des ersten Druckregelventils (1) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelgehäuse eines Brennkraftmotors. Eine solche Vorrichtung dient dazu, aus dem Verbrennungsraum des Motors in das Kur­ belgehäuse übergetretene Gase abzusaugen, um zu verhindern, dass diese in die Umwelt gelangen oder die Schmiereigenschaf­ ten des Motoröls negativ verändern. Die Entlüftungsvorrich­ tung ist einerseits mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses und andererseits mit dem Ansaugkanal bzw. dem Saugrohr des Motors verbunden. Im Saugrohr können Unterdrücke bis zu etwa -800 hPa herrschen. Ein solch hoher Unterdruck ist im Kurbel­ gehäuse unerwünscht, z. B. um das Ansaugen von Luft über die Kurbelwellendichtungen zu verhindern. In Entlüftungsvorrich­ tungen ist deshalb eine Ventilanordnung vorgesehen, die den Kurbelgehäuseunterdruck auf einen zulässigen Wert begrenzt. Bei solchen beispielsweise aus DE 195 07 202 C2 und DE 29 61 7263 U1 bekannten Vorrichtungen ist ein einziges Druckregelventil vorhanden, dessen im Montagezustand mit dem Saugrohr verbun­ dene Auslassöffnung von einem in Schließrichtung von Atmo­ sphärendruck und in Öffnungsrichtung vom Unterdruck des Kur­ belgehäuses und von einer Feder beaufschlagten Schließelement gesteuert ist. Während im Saugrohr Unterdrücke bis zu -800 hPa auftreten können, ist der Unterdruck im Kurbelgehäuse wesent­ lich geringer und bewegt sich beispielsweise im Bereich von -25 bis -50 hPa. Das Druckregelventil muss daher so ausgelegt sein, dass es praktisch über den gesamten Unterdruckbereich des Saugrohres arbeitet. Das Schließelement des Druckregel­ ventils wird dabei durch die an ihm anliegende Druckdifferenz gegen die Kraft der Feder soweit in Richtung auf einen Ven­ tilsitz zubewegt, bis zwischen diesem und dem Schließelement nur noch ein enger Durchtrittsspalt vorhanden ist, durch den das aus dem Kurbelgehäuse abgesaugte Gas hindurchtritt. Es stellt sich ein derartiger dynamischer Zustand ein, dass ein­ gangsseitig bzw. im Kurbelgehäuse der gewünschte Soll- Arbeitsdruck herrscht. Wenn nun der Unterdruck im Saugrohr bzw. im Bereich der Auslassöffnung des Druckregelventils steigt, wird das Schließelement zusehendst gegen den die Aus­ lassöffnung umfassenden Ventilsitz bewegt, so dass der Spalt dazwischen immer kleiner und der Widerstand für das hindurch­ gesaugte Kurbelgehäusegas immer größer wird. Dies führt schließlich dazu, dass der Zustrom an Schadgasen in das Kur­ belgehäuse größer ist als die zum Saugrohr strömende Gasmen­ ge. Trotz zunehmendem Unterdruck im Saugrohr kommt es daher bei den herkömmlichen Ventilen zu einem Absinken des Unter­ drucks im Kurbelgehäuse und einer Reduzierung der daraus ab­ gesaugten Schadgasmenge.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Ent­ lüftungsvorrichtung vorzuschlagen, bei der dieser Nachteil umgangen ist.

Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Entlüftungsvorrichtung ein erstes und ein zweites Druckregel­ ventil umfasst, wobei das erste Druckregelventil im Montage­ zustand einlassseitig mit dem Kurbelgehäuse und das zweite Druckregelventil auslassseitig mit dem Saugkanal bzw. dem Saugrohr des Motors verbunden ist. Das zweite Druckregelven­ til ist auf einen Arbeits-Unterdruck eingestellt, der zwi­ schen dem maximalen Unterdruck des Saugrohrs und dem Arbeits- Unterdruck des ersten Druckregelventils bzw. dem Soll- Unterdruck im Kurbelgehäuse liegt. Auf diese Weise kann der auslassseitig am ersten Druckregelventil anstehende Unter­ druck auf einen Wert begrenzt werden, bei dem der oben ge­ schilderte Effekt nicht oder nur in geringem Ausmaß auftritt.

Prinzipiell können für die Entlüftungsvorrichtung zwei sepa­ rate Druckregelventile zum Einsatz kommen. Aus fertigungs- und montagetechnischer Sicht, sowie aus Gründen der Platzer­ sparnis ist es jedoch zweckmäßig, wenn die beiden Ventile in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sind und die Schließelemente Teilbereiche einer einstückigen elastischen Membran sind. Bevorzugt ist dabei eine Anordnung, bei der ein zentraler Membranbereich das Schließelement des zweiten Druckregelventils und ein diesen mit Radialabstand umgebender Membranbereich das Schließelement des ersten Druckregelven­ tils bildet. Es ist also insgesamt eine etwa kreisförmi­ ge oder ovale Umrissform des Ventilgehäuses und der Membran vorgesehen. Der genannten Ausgestaltung der Membran entspre­ chend sind ein innenliegender, die Auslassöffnung des zweiten Druckregelventils ringförmig umfassender, mit dem Schließele­ ment des ersten Druckregelventils zusammen wirkender Dicht­ sitz sowie ein diesen mit Radialabstand umfassender und mit dem Schließelement des ersten Druckregelventils zusammenwir­ kender Dichtsitz vorgesehen. Dabei sind zwei konzentrisch an­ geordnete Schraubenfedern vorhanden, die sich einerseits an der Unterseite der Membran und andererseits an einer die Dichtsitze tragenden Gehäusewand abstützen. Entsprechend dem größeren Arbeits-Unterdruck des zweiten Druckregelventils ist die innere Schraubenfeder stärker ausgebildet als die äußere.

Die Erfindung wird nun anhand der in den beigefügten Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Entlüftungsvor­ richtung mit zwei separaten, in Reihe geschalteten Druckregelventilen in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel in Querschnittdarstellung, bei dem die Druckregelventile in Kompaktbauweise zusammen­ gefasst sind,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Gehäuseunterschale des Ausfüh­ rungsbeispiels von Fig. 2,

Fig. 4 ein gegenüber Fig. 2 geringfügig abgewandeltes Ausfüh­ rungsbeispiel,

Fig. 5 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Kurbelgehäuse- Unterdrucks vom Saugrohr-Unterdruck bei einer nur das erste Druckregelventil aufweisenden Entlüftungsvorrich­ tung wiedergibt, und

Fig. 6 ein Diagramm entsprechend Fig. 5 für eine Entlüftungs­ vorrichtung mit 2 in Reihe geschalteten Druckregelven­ tilen.

In der in Fig. 1 schematisch dargestellten Entlüftungsvorrich­ tung sind ein erstes Druckregelventil 1 und ein zweites Druckregelventil 2 in Reihe geschaltet. Der Einlass 3 des ersten Druckregelventils 1 ist mit einem (nicht dargestell­ ten) Kurbelgehäuse verbunden. Jedes der beiden Druckregelven­ tile 1, 2 umfasst weiterhin ein Gehäuse 4, 4a, das einerseits durch eine elastische Membran 5, 5a verschlossen ist. Gehäuse 4, 4a und Membran 5, 5a umschließen einen Ventilraum 6, 6a. Der Auslass bzw. die Auslassöffnung 7, 7a wird jeweils von dem En­ de eines sich von der der Membran 5, 5a gegenüberliegenden Ge­ häuseseite in den Ventilraum 6, 6a hineinerstreckenden Kragen 8 geloildet. Dieser umschließt jeweils einen Auslasskanal 9, 9a. Die Stirnseite des Kragens 8 bildet jeweils einen mit der Innenseite der Membranen 5, 5a zusammenwirkenden Dichtsitz 10, 10a. Der Auslasskanal 9 ist über eine Verbindungsleitung 12 mit dem Einlass 13 des zweiten Druckregelventils 2 verbun­ den. Dessen Auslasskanal 9a wiederum ist an das Saugrohr ei­ nes Brennkraftmotors (nicht dargestellt) angeschlossen. Die Außenseite der Membranen 5, 5a ist in Schließrichtung 14 von Atmosphärendruck beaufschlagt, an der Innenseite der Membra­ nen 5, 5a stützt sich jeweils eine Schraubenfeder 15, 15a mit ihrem einen Ende ab. Dem anderen Ende dient die den Membranen 5, 5a gegenüberliegende Gehäusewand 16 als Widerlager. Die Schraubenfedern 15, 15a beaufschlagen die Membranen 5, 5a in Öffnungsrichtung 17. Die Schraubenfeder 15 des Druckregelven­ tils 1 weist eine geringere Federkonstante auf als die Schraubenfeder 15a, sie übt dementsprechend eine geringere Kraft auf die Membran 5 in Öffnungsrichtung 17 aus. Dement­ sprechend reicht im Ventilraum 6 schon ein geringerer Unter­ druck aus, um die Membran 5 in Schließrichtung 14 in ihre Ar­ beitestellung zu bewegen, als dies beim Druckregelventil 2 der Fall ist. Es wird dabei im Kurbelgehäuse bzw. am Ein­ lass 3 ein Arbeits-Unterdruck beispielsweise von -25 hPa kon­ stant gehalten. Würde nun der Auslasskanal 9 des Druckregel­ ventil 1 direkt mit dem Saugrohr verbunden werden, so könnten darin im Extremfall bis zu -800 hPa Unterdruck herrschen. Bei solch hohen Unterdrücken würde sich im Bereich der Auslass­ öffnung 7 an der Membran eine entsprechend hohe Druckdiffe­ renz einstellen, die zu einer Verengung des Gasdurchtritts­ spaltes zwischen Membran 5 und Dichtsitz 10 führen würde. Die über einen derart verengten Durchtrittsspalt absaugbare Schadgasmenge ist entsprechend gering, so dass der Zustrom von Schadgas in das Kurbelgehäuse die abgesaugte Gasmen­ ge übersteigen kann. Das zweite Druckregelventil 2 ist in erster Linie durch entsprechende Federauswahl so ausgelegt, dass es den eingangsseitigen Unterdruck bzw. den Arbeits- Unterdruck auf einen Wert regelt, der zwischen dem maximalen Unterdruck des Saugrohres und dem Arbeits-Unterdruck des ers­ ten Druckregelventils 1 liegt. Beispielsweise kann dieser Wert etwa -200 hPa betragen. Dieser Unterdruck, der in der Verbindungs­ leitung 12 und ebenso am Auslasskanal 9 ansteht erzeugt an der Membran 5 eine entsprechend geringe Druckdifferenz. Die Verengung des Durchtrittsspaltes zwischen Dichtsitz 10 und Membran 5 findet folglich in einem geringeren und praktisch nicht ins Gewicht fallendem Ausmaß statt.

Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm gibt den Kurbelgehäuse­ druck in Abhängigkeit des Saugrohrunterdrücks bei 3 verschie­ denen Gasdurchflussraten für den Fall wieder, dass nur ein einziges, nämlich ein dem ersten Druckregelventil entspre­ chendes Druckregelventil verwendet wird. Es ist erkennbar, dass bei einem Saugrohrdruck von etwa -35 hPa der Kurbelge­ häuseunterdruck einen Maximalwert erreicht, mit zunehmenden Saugrohrdruck jedoch kontinuierlich abfällt. Hohe Saugrohrun­ terdrücke werden i. d. R. im Leerlauf des Motors erreicht. Eine effektive Absaugung wird aber dadurch verhindert, dass der zwischen der Ventilmembran und dem Dichtsitz freibleibende Durchtrittsspalt stark verengt und dementsprechend ein Absau­ gen von Schadgas in ausreichendem Maße nicht mehr gewährleis­ tet ist.

Das Diagramm nach Fig. 6 zeigt die Verhältnisse bei einer Ent­ lüftungsvorrichtung mit zwei in Reihe geschalteten Druckre­ gelventilen 1, 2. Es ist deutlich erkennbar, dass die Kurve­ näste bis 200 hPa Saugrohrunterdrück mit denen gemäß Fig. 5 übereinstimmen. Ab 200 hPa wird jedoch der Unterdruck auf der Auslassseite des Druckregelventil 1 nicht weiter verringert, so dass die bei -200 hPa herrschende Druckdifferenz am Druck­ regelventil 1 und dementsprechend dessen Arbeits-Unterdruck konstant gehalten werden. Wie dem Diagramm entnehmbar ist, kommt es sogar zu einem leichten Anstieg des am Einlass 3 des Druckregelventils 1 anstehenden Arbeits-Unterdruckes bzw. des Kurbelgehäuse-Unterdruckes.

In Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die beiden Ventile 1' und 2' in einem gemeinsamen Gehäuse 21 untergebracht sind. Das Gehäuse 21 weist eine im Wesentlichen kreisrunde Umrissform auf und setzt sich aus einer Unterscha­ le 22 und einem Deckel 23 zusammen. Zwischen dem Deckel 23 und der Unterschale 22 ist eine Membran 20 mit ihrem Randbe­ reich eingeklemmt. Die Planebene der Membran 20 erstreckt sich etwa parallel zur Bodenwand 24 der Unterschale 22. Von der Bodenwand 24 stehen zwei ringförmige, konzentrisch ange­ ordnete Kragen 25a, 25b in Richtung der Mittellängsachse 26 des Gehäuses 21 in den Ventilinnenraum 27 hinein. Die Stirn­ seite des Kragens 25 bildet den Dichtsitz 28 des ersten Druckregelventils 1' während die Stirnfläche des Kragens 25a den Dichtsitz 28a des zweiten Druckregelventils 2' bildet. Das mit dem Dichtsitz 28a zusammenwirkende Schließelement ist ein zentraler verdickter Membranbereich 29a. Das Schließele­ ment des ersten Druckregelventils 1' wird von einem ebenfalls verdickten Membranbereich 29 gebildet, der den erstgenannten Membranbereich 29a mit Radialabstand ringförmig umgibt. Der Membranbereich 29 wirkt mit dem Dichtsitz 28 zusammen. Wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auch, ist je­ dem Druckventil 1', 2' eine Schraubenfeder 30, 30a zugeordnet. Die Schraubenfeder 30a ist konzentrisch zur Mittellängsach­ se 26 ausgerichtet und umgibt den Kragen 25a mit Radialab­ stand. Zur Zentrierung der Schraubenfeder 30a stehen von der Umfangsfläche des Kragens 25a Vorsprünge 25 ab. Eine Zentrie­ rung der Schraubenfeder 30a kann aber auch dadurch erreicht werden, dass der Kragen 25a nicht zylinderförmig, sondern in Form eines sich zur Membran 20 verjüngenden Kegels ausgebil­ det ist (siehe Fig. 1). Die konzentrisch zur Mittellängsachse 26 ausgerichtete Schraubenfeder 30 umfasst den Kragen 25 ebenfalls mit Radialabstand, wobei auch am Kragen 25 Zentner­ vorsprünge 32 vorhanden sind.

An den Membranbereich 29a schließt sich radial nach außen ein im Querschnitt U-förmiger und sich in den Ventilinnenraum 27 öffnender Membranbereich 33a an. Dieser nimmt einen im Quer­ schnitt ebenfalls U-förmigen Stützring 34a auf, in den sich das membranseitige Ende der Schraubenfeder 30a hineiner­ streckt. Der Stützring 34a verhindert eine Beschädigung der Membran 20 durch die Schraubenfeder 30a. Der mit dem Dicht­ sitz 28 zusammenwirkende Membranbereich 29 des Druckregelven­ tils 1' ist von einem Membranbereich 33 umfasst, der eine dem Membranbereich 33a entsprechende Ausgestaltung aufweist und in dem ebenfalls ein Stützring 34 einliegt, um eine Beschädi­ gung der Membran durch die Schraubenfeder 30 zu verhindern. Zwischen den Membranbereichen 33, 33a ist ein nach Art einer Sicke in den Ventilinnenraum 27 vorgewölbter Membranbe­ reich 35 angeordnet. Dieser weist eine gegenüber den übrigen Membranbereichen verringerte Wandstärke auf und bildet quasi ein Folienscharnier, das die Unabhängigkeit der beiden Druck­ regelventile 1', 2' voneinander gewährleistet.

Seitlich an die Unterschale 22 ist ein Anschlussstutzen 36 angeformt, der den Einlass 3 des ersten Druckregelventils 1 umgrenzt und der an ein Kurbelgehäuse anschließbar ist. Die Auslassöffnung 7 des ersten Druckregelventils 1' wird durch den variablen Durchtrittsspalt zwischen dem Membranbereich 29 und dem Dichtsitz 28 gebildet. Die Verbindungsleitung 12 zwi­ schen der Auslassseite des Druckregelventils 1' und der Ein­ lassseite des Druckregelventils 2' wird durch den zwischen den Kragen 25, 25a angeordneten Bereich des Ventilinnenraums 27 gebildet. Die Auslassöffnung 7a des zweiten Druckregelven­ tils 2' wird durch den Kragen 25a umgrenzt. Zum Anschluss an ein Saugrohr ist an der Unterseite der Schale 22 ein An­ schlussstutzen 37 angeformt, der sich konzentrisch zur Mit­ tellängsachse 26 erstreckt. Der Durchtrittsspalt zwischen dem Dichtsitz 28 und dem Membranbereich 29a ist in der Ruhestel­ lung der Membran 20 größer als der Durchtrittsspalt beim Druckregelventil 1'. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kragen 25a eine geringer Länge aufweist als der Kragen 25, wobei die mit den Dichtsitzen 28, 28a zusammenwirkenden Flä­ chen etwa in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.

Die Entlüftungsvorrichtung nach Fig. 2 arbeitet im Prinzip ge­ nauso wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Damit hier al­ lerdings die Schließelemente bildenden Membranbereiche 29, 29a möglichst unabhängig voneinander arbeiten, ist der Membranbe­ reich 35 mit verringerter Wandstärke vorgesehen. Ein unabhän­ giges Arbeiten ist auch dadurch gewährleistet, dass der zent­ rale, dem Druckregelventil 2' zugeordnete Membranbereich 29a eine größere Wandstärke aufweist und dadurch insgesamt stei­ fer ausgebildet ist als der außenliegende, dem Druckregelven­ til 1' zugeordnete Membranbereich 29. Hinzu kommt noch, dass die innere Schraubenfeder 30a stärker ist als die außenlie­ gende Schraubenfeder 30.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 2 lediglich dadurch, dass der nach Art eines Fo­ lienscharniers wirksame Membranbereich 35a zwischen Stegen 38, 39 eingeklemmt ist, die von dem Gehäusedeckel 23 bzw. von der Bodenwand 24 in den Ventilinnenraum 27 vorspringen. Der Membranbereich 35a ist im Querschnitt w-förmig ausgebildet, wobei dessen Mittelabschnitt 40 zwischen den Stegen 38, 39 eingespannt ist. Durch die beschriebene Maßnahme wird die Un­ abhängigkeit der Membranbereiche 29 und 29a voneinander wei­ ter verbessert. Der Steg 38 setzt sich aus mehreren Teilste­ gen zusammen, die voneinander beabstandet sind, so dass eine fluidische Verbindung zwischen den beiden Druckregelventilen 1', 2' wie durch den Pfeil 41 angedeutet, ermöglicht ist.

Bezugszeichenliste

1

,

1

' erstes Druckregelventil

2

,

2

' zweites Druckregelventil

3

Einlass

4

,

4

a Gehäuse

5

,

5

a Membran

6

,

6

a Ventilraum

7

,

7

a Auslassöffnung

8

Kragen

9

,

9

a Auslasskanal

10

,

10

a Dichtsitz

12

Verbindungsleitung

13

Einlass

14

Schließrichtung

15

,

15

a Schraubenfeder

16

Gehäusewand

17

Öffnungsrichtung

20

Membran

21

Gehäuse

22

Unterschale

23

Deckel

24

Bodenwand

25

,

25

a Kragen

26

Mittellängsachse

27

Ventilinnenraum

28

,

28

a Dichtsitz

29

,

29

a Membranbereich

30

,

30

a Schraubenfeder

32

Vorsprung

33

,

33

a Membranbereich

34

,

34

a Stützring

35

,

35

a Membranbereich

36

Anschlussstutzen

37

Anschlussstutzen

38

Steg

39

Steg

40

Mittelabschnitt

41

Pfeil

Claims (7)

1. Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelgehäuse eines Brennkraftmotors mit zwei in Reihe geschalteten Druck­ regelventilen (1, 2), wobei das erste Druckregelventil (1) im Montagezustand mit dem Kurbelgehäuse und das zweite Druckregelventil (2) mit dem Saugrohr des Brennkraftmotors verbunden ist und das zweite Druckregelventil (2) auf einen Arbeits­ unterdruck eingestellt ist, der zwischen dem maximalen Unterdruck des Saugrohrs und dem Arbeitsunterdruck des ersten Druckregelventils (1) liegt.

2. . Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelventile (1, 2) jeweils ein als elas­ tische Membran ausgebildetes, in Schließrichtung atmo­ sphären- und in Öffnungsrichtung federbelastetes Schließelement aufweisen.

3. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Druckregelventile (1, 2) in einem ge­ meinsamen Gehäuse zusammengefasst sind und ihre Schließelemente Teilbereiche einer einstückigen Membran (S) sind.

4. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement des zweiten Druckregelventils (2) von einem zentralen Membranbereich (29a) und das Schließelement des ersten Druckregelventils (1) von ei­ nem diesen mit Radialabstand umfassenden ringförmigen Membranbereich (29) gebildet ist.

5. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch, 2 konzentrisch angeordnete, mit den Membranbereichen (29, 29a) zusammen wirkende Dichtsitze (28, 28a), wobei der innenliegende Dichtsitz (28a) die Auslassöffnung (7a) des zweiten Druckregelventils (2) ringförmig um­ fasst.

6. Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch 2 konzentrisch angeordnete Schraubenfedern (30, 30a), die sich einerseits an der Membranunterseite und ande­ rerseits an einer die Dichtsitze (28, 28a) tragenden Gehäusewand abstützt, wobei die innere Schraubenfeder (28a) stärker ist als die äußere Schraubenfeder (28).

7. Entlüftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den als Schließelemente wirkenden Memb­ ranbereichen (29, 29a) ein ringförmiger Membranbereich (35) mit verringerter Wandstärke angeordnet ist.