DE10155177B4

DE10155177B4 - Druckregelventil

Info

Publication number: DE10155177B4
Application number: DE2001155177
Authority: DE
Inventors: Norbert Schwarzer
Original assignee: Montaplast GmbH
Current assignee: Montaplast GmbH
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: DE10155177A1

Abstract

Druckregelventil
für den Einbau in eine Entlüftungsleitung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere zwischen einem Kurbelgehäuse und einem Ansaugrohr oder einem Luftfilter,
mit einem Ventilgehäuse (10), das aus
einem Gehäuseunterteil (14), das eine Zuflussöffnung (12) und eine Abflussöffnung (20) aufweist, und
einem Gehäusedeckel (15) zusammensetzbar ist,
einer an ihrem Rand an dem Ventilgehäuse abgedichtet befestigten Membran (17, 32), die
das Ventilgehäuse in eine Ventilkammer und eine mit der Atmosphäre verbundene Belüftungskammer (18) unterteilt,
einem hülsenförmigen Steuerelement (22),
das mit einem Schließsitz (26) aufsetzbar ist und
die Ventilkammer in eine innere Ventilkammer (24 und eine äußere Ventilkammer (23) unterteilt,
sowie einer auf das Steuerelement (22, 33) wirkenden Druckfeder (27),
die sich am Ventilgehäuseunterteil (14) abstützt,
wobei die Druckfeder (27) in Ruhelage das Steuerelement (22, 33) von dem Schließsitz (26) abhebt,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der inneren Ventilkammer (24) ein...

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil für den Einbau in eine Entlüftungsleitung an einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Derartige Druckregelventile werden beispielsweise als Kurbelgehäuseentlüftungsventil in der Entlüftungsleitung zwischen Kurbelgehäuse und Ansaugrohr bzw. Luftfilter verwendet. Ein weiterer typischer Anwendungsfall ist der Einbau in die Entlüftungsleitung des Kraftstofftanks. In jedem Fall dient das Druckregelventil dazu, den Druck oder Unterdruck in den zu entlüftenden Behältern nicht über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigen zu lassen.
Ein bekanntes Druckregelventil für den Einbau in eine Entlüftungsleitung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere zwischen dem Kurbelgehäuse und Ansaugrohr oder Luftfilter ist versehen mit einem Ventilgehäuse, das aus einem Gehäuseunterteil und einem Gehäusedeckel zusammensetzbar ist, wobei das Gehäuseunterteil eine Zuflussöffnung und eine aus dem Gehäuseunterteil ausmündende Abflussöffnung aufweist, einer an ihrem Umfangsrand an dem Ventilgehäuse abgedichtet befestigten Membran, die das Ventilgehäuse in eine Ventilkammer und eine über einen Belüftungskanal mit der Atmosphäre verbundene Belüftungskammer unterteilt, einem hülsenförmigen Steuerelement, das mit einem Schließsitz auf die Abflussöffnung aufsetzbar ist und die Ven tilkammer in eine innere Ventilkammer und eine äußere Ventilkammer unterteilt, sowie einer auf das Steuerelement wirkenden Druckfeder, die sich am Ventilgehäuse abstützt.
Die Steigungen der Betriebskennlinien gattungsgemäßer Druckregelventile, welche die Abhängigkeit des Drucks im Kurbelgehäuse von dem Druck im Saugrohr angeben, hängen zudem von dem Volumenstrom der Verbrennungsgase – auch als Durchblasgase bezeichnet – ab. Grundsätzlich ist es wünschenswert, ein Druckregelventil so auszubilden, dass die Betriebskennlinie nach dem Erreichen des Schließpunktes des Kurbelgehäuseentlüftungsventils sehr flach im Unterdruckbereich verläuft. Jedenfalls soll ein Anstieg im Bereich des positiven Kurbelgehäusedrucks vermieden werden.
Ein gattungsgemäßes Druckregelventil, das als Kurbelgehäuseentlüftungsventil (KGE-Ventil) eingesetzt wird, ist aus der DE 31 34 797 A1 bekannt.
Bei dem in dieser Druckschrift offenbarten KGE-Ventil stützt sich die Verschlussfeder an einem am Gehäuse befestigten Verschlussdeckel ab und drückt das Steuerelement in Ruhelage, also bei nicht laufendem Motor, auf den Schließsitz. Damit ist das Regelverhalten weitgehend nur vom Kurbelgehäusedruck abhängig und unabhängig vom Saugrohrdruck, weil alle Druck-Wirkflächen des Steuerelements auf der Saugrohr-Druckseite im Kräftegleichgewicht sind, was regelungstechnisch grundsätzlich vorteilhaft ist. Da das Öffnungsventil Überdruck zum Abheben des Steuerelements von dem Schließsitz benötigt, sind in das Kurbelgehäuse eintretende Bypassgase jedoch nur dann absaugbar, wenn Überdruck herrscht. Bei dem in den siebziger Jahren entwickelten Ventil war dieses umwelttechnisch akzeptabel. Heute wird in der PKW-Motorenentwicklung während des Betriebs ein permanenter Unterdruck im Kurbelgehäuse verlangt, damit keine Durchblasgase z. B. durch die Entlüftungsleitungen nach außen gelangen und die Umwelt verschmutzen. Andererseits besteht die Forderung, dass der angegebene Unterdruckwert nicht wesentlich unterschritten werden soll, weil sonst durch Undichtigkeiten ungewollt Staub in das Kurbelgehäuse gesaugt werden würde.
Zudem ist dieses KGE-Ventil besonders empfindlich gegenüber größeren Unterdrücken im Saugrohr, da die Membran als sogenannte Doppelrollmembran ausgebildet sein muss, die außenseitig zwischen den Gehäusedeckel und dem Gehäuseunterteil und innenseitig an dem Gehäusedeckel in einer Ringnut befestigt ist. Bei geschlossenem Ventil und bei Anliegen eines Unterdrucks an der Ablassöffnung, wenn z. B. die Drosselklappe unter Volllast geöffnet ist und bis zu 900 mbar in der inneren Ventilkammer herrschen, kann die innere Doppelrollmembran dadurch beschädigt werden, dass diese durch den Unterdruck in einen Ringspalt zwischen dem Gehäusedeckel und dem Steuerelement gezogen wird. Insbesondere treten Undichtigkeiten der Membran an der Befestigung an der inneren Ringnut auf. Außerdem könnte die in den Ringspalt gezogene Membran Spannungen in die Abrollseite der äußeren Membran übertragen, wodurch die gewollte Unabhängigkeit vom Saugrohrdruck beeinträchtigt wird.
Ventile anderen Aufbaus sind aus der DE 44 06 986 A1 , der US 6,158,423 A und der DE 40 22 129 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein gattungsgemäßes Druckregelventil so weiterzuentwickeln, dass es auch den modernen umwelttechnischen Anforderungen entspricht.
Dieses wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der inneren Ventilkammer ein Stützelement vorgesehen ist, welches eine Unterseite der Membran abdeckt und die durch einen Unterdruck erzeugten Kräfte auf das Ventilgehäuse überträgt.
Dadurch, dass die Federlänge so gewählt ist, dass die Feder in Ruhelage, d. h. im nicht belasteten Zustand, das Steuerelement von dem Schließsitz abhebt, ist das gattungsgemäße Ventil auch für moderne Kurbelgehäuse verwendbar ist, in denen bei Betrieb des Motors ein permanenter Unterqdruck herrscht. Dieses wir insbesondere dadurch realisiert, dass die Druckfeder das Steuerelement gegen das Gehäuseunterteil abstützt. Die Druckfeder muss dabei so dimensioniert sein, dass im Kurbelgehäuse bei laufendem Motor immer ein Unterdruck herrscht.
Die konstruktiv gestalteten Teile des Ventils sind beispielsweise als Kunststoffspritzguss hergestellt. Damit ist es möglich, solche Ventile kostengünstig und in großen Stückzahlen zu fertigen.
Vorzugsweise weist das Steuerelement dazu an seinem oberen – in Einbaulage der Membran zugewandten Ende – eine angeformte Stirnfläche auf, die üblicherweise als kreisringförmig umlaufender Bund ausgebildet ist und als Wirkfläche für den Kurbelgehäusedruck dient.
Diese erfindungsgemäße Ausbildung ist mit mehreren Vorteilen verbunden. Zum einen ist das Ventil in modernen Motoren einsetzbar, bei denen im Betrieb ein permanenter Unterdruck im Kurbelgehäuse herrscht, da das Ventil auch in Ruhestellung geöffnet ist. Bei startendem Motor wird das Kurbelgehäuse zunächst evakuiert bis ein ausreichender Unterdruck an der Ablassöffnung anliegt, um das Ventil zu schließen. Zum anderen ist eine durchgängige und damit einfachere Membran verwendbar, die nicht als Doppelrollmembran ausgebildet sein muss. Somit können auch nicht die beim Stand der Technik auftretenden Undichtigkeiten der Membran an der Befestigung an der inneren Ringnut auftreten.
Zur Vermeidung einer evtl. Beschädigung der Membran durch zu hohe Unterdrücke in der inneren Ventilkammer ist zudem in der inneren Ventilkammer ein Stützelement vorgesehen, welches die der Ventilkammer zugewandte Unterseite der Membran abdeckt und die durch den Unterdruck erzeugten Kräfte auf das Ventilgehäuse überträgt. Das Stützelement kann beispielsweise als Stützteller ausgebil det sein, der umfänglich an der Innenwand des Steuerelements anliegt und im Verhältnis zu dem das Steuerelement relativ beweglich ist. Der Stützteller deckt so die Unterseite der Membran gegen Unterdruck ab. Zur Kraftübertragung auf das Gehäuse kann der Stützteller mit mehreren, umfänglich zueinander beabstandet angeordneten Stegen versehen sein, mit denen sich der Stützteller um die Ablassöffnung herum an dem Gehäuseunterteil abstützt. Der Stützteller kann entweder mit dem Gehäuseunterteil oder mit der Membran fest verbunden sein; im zweiten Fall schwingt der Stützteller mit der Membran. In beiden Fällen wird im Schließpunkt des Ventils der Saugrohrunterdruck auf das Gehäuse übertragen und von der Membranunterseite abgehalten.
Die Übertragung der Kräfte auf das Gehäuse kann auch dadurch erfolgen, dass das Stützelement Verbindungsmittel zum Gehäusedeckel aufweist. Beispielsweise kann das Stützelement Rastmittel wie z. B. einen Rastrand aufweisen, der mit dem Gehäusedeckel rastend verbindbar ist. Um eine zweite Befestigung der Membran am Gehäuse und damit verbundene Undichtigkeiten zu vermeiden kann die durchgängige Membran so dimensioniert sein, dass diese zwischen dem Stützelement und dem Gehäusedeckel trennungslos eingeklemmt ist. Die durch die das Stützelement umschließende Membran erzielbare Dichtwirkung ist so wirkungsvoll, dass eine besonders einfach montierbare Ausführungsform realisierbar ist, bei der eine Durchtrittsöffnung in dem Gehäusedeckel vorgesehen ist, die beispielsweise von einem an dem Stützelement angeformten Rastrand in Einbaulage rastend hintergriffen wird. Dabei dient die außenseitig umlaufend, sich anschmiegende Membran als Dichtelement zwischen der Durchtrittsöffnung am Gehäusedeckel und dem Stützelement.
Zur Realisierung größerer Hübe der Membran kann diese zudem mit einem zweiten, inneren Walkbereich versehen sein, der sich in Einbaulage an die Innenseite der oberen Auflagefläche bzw. des Bunds des Steuerelements anschließt. Da dieser Walkbereich in der inneren Ventilkammer gelegen ist, die folglich im Betrieb dem vollen Saugrohrunterdruck ausgesetzt ist, könnte es durch den Saugrohrunterdruck zu Beschädigungen dieses üblicherweise nur 5/10 mm dicken Walkbereichs kommen. Zur Vermeidung dieser Beschädigung kann das Stützelement einen halbschalenförmigen Ringraum aufweisen. Dieser vorzugsweise einstückig angeformte Ringraum kann den Walkbereich zur inneren Ventilkammer so schützend umschließen, dass sich der innere Walkbereich bei der Ausführung der Hubbewegung des Steuerelements schützend an dessen Oberfläche anschmiegen kann.
Probleme, die durch ein Ankleben der Membran am Stützelement entstehen können, sind vermeidbar durch vorsehen von Mitteln an dem Stützelement, welche dessen Oberfläche verkleinern. Diese können z. B. eine Perforation, eine aufgerauhte Oberfläche oder vertikal abragende Distanzringe sein.
Der Stützteller kann so ausgebildet sein, dass dieser das Steuerelement bei der Ausführung der Hubbewegung führt, z. B. durch einen Absatz oder Bund.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und im Folgenden detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Druckregelventil und
2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckregelventils.
Gleiche oder entsprechende Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Beide Druckregelventile sind als KGE-Ventile ausgebildet.
Im praktischen Betrieb wird durch das in die Entlüftungsleitung zwischen dem Saugrohr und dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine eingebaute KGE-Ventil Durchblasgas in Pfeilrichtung durchgesaugt. Dabei wird die Forderung gestellt, dass während des Betriebs im Kurbelgehäuse ein geringer Unterdruck vorherrschen soll, damit keine Durchblasgase z. B. durch die Entlüftungsleitungen nach außen gelangen und die Umwelt verschmutzen. Andererseits besteht die Forderung, dass der angegebene Unterdruckwert nicht wesentlich unterschritten werden soll, weil sonst durch Undichtigkeiten ungewollt Staub in das Kurbelgehäuse gesaugt werden würde.
Das erfindungsgemäße Druckregelventil, welches für den Einbau in die Entlüftungsleitung zwischen dem Saugrohr und dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine bestimmt ist, besteht gemäß 1 aus einem in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneten Ventilgehäuse, welches einen mit einem Kurbelgehäuse verbindbarem Kurbelgehäusestutzen 12, welcher eine Zuflussöffnung bildet, aufweist. Dieser Kurbelgehäusestutzen 12 kann an seinem äußeren Ende mit einer nicht dargestellten Ringwulst zum Anschluss eines Schlauchs versehen sein.
Das Ventilgehäuse 10 ist zweiteilig ausgebildet und besteht aus einem Gehäuseunterteil 14, das durch einen Gehäusedeckel 15 dichtend verschließbar ist. Dieses erfolgt durch eine Membran 17, die in einer Ringnut 16 dichtend eingeklemmt ist. Die vorzugsweise aus Gummi gefertigte Membran 17 muss nicht notwendigerweise zwischen dem Gehäusedeckel und dem Gehäuseunterteil eingeklemmt sein; entscheidend ist, dass dieser eine bewegliche Wand der Ventilkammer bildet.
Mit dem Gehäusedeckel 15 schließt die Membran 17 eine Belüftungskammer 18 ein, die über einen nicht dargestellten Belüftungskanal mit der Atmosphäre verbunden ist, und mit dem Gehäuseunterteil 14 schließt sie eine Ventilkammer ein, aus der ein eine Abflussöffnung bildendes Saugrohrstutzen 20 mündet, der ebenfalls mit einem außenseitig angeformten Ringwulst versehen sein kann und mit dem Ansaugrohr verbindbar ist.
Die Ventilkammer wird durch ein hülsensförmig ausgebildetes Steuerelement 22 in eine äußere Ventilkammer 23 und eine innere Ventilkammer 24 unterteilt. Das Steuerelement 22 bildet mit seinem unteren Ende zusammen mit dem Gehäuseunterteil 14 im abgesenkten Zustand einen Schließsitz 26.
Die Betätigung des Steuerelements 22 in Abhängigkeit vom Druck der in den Kurbelgehäusestutzen 12 strömenden Kurbelgehäusegase erfolgt über eine als Bund ausgebildete kreisringförmige Stirnfläche 25, die an dem dem Schließsitz 26 gegenüberliegenden oberen Ende des Steuerelements 22 einstückig angeformt ist.
Eine Druckfeder 27, die sich am Boden des Gehäuseunterteils 14 abstützt, hebt das Steuerelement 22 in Ruhestellung von dem Schließsitz 26 ab.
Aufgrund der auf die Membran 17 wirkenden Kräfte (Federdruck, Kurbelgehäuseunterdruck, Saugrohrunterdruck, Umgebungsdruck) führt die Membran 17 eine vertikale Relativbewegungen zu dem Ventilgehäuse 10 aus und ist zur Kompensation dieser Bewegungen am äußeren Umfangsrand mit einem äußeren Walkbereich 21 versehen.
Zur Verhinderung einer Beschädigung der Membran durch einen zu großen Unterdruck ist in der inneren Ventilkammer 24 ein Stützteller 28 vorgesehen. Dieser weist eine Horizontalplatte 28a, an dessen Unterseite drei umfänglich um 120 Grad zueinander versetzt angeordnete Stützstege 28b angeformt sind, mit denen sich der Stützteller 28 am Boden des Gehäuseunterteils 14 abstützt.
In der in 1 dargestellten Schließstellung liegt die Membran 17 flächig auf der Oberseite der Horizontalplatte an. Die Passung zwischen dem Außenrand des in der Draufsicht kreisför migen Stütztellers 28 und der Innenwand des Steuerelements 22 ist so gewählt, dass diese eine ungehinderte Relativbewegung des Steuerelements im Verhältnis zu dem Stützteller 28 ermöglicht, gleichzeitig aber zu große Scherkräfte auf die Membran an dem Ringspalt zwischen dem Stützteller 28 und dem Steuerelement 22 verhindert.
Bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform des Druckregelventils ist das Stützelement zur Übertragung der von dem Saugrohrunterdruck in der inneren Ventilkammer 24 wirkenden Kräfte auf das Ventilgehäuse 10 als Stützring 29 ausgebildet.
Der Stützring 29 ist an seinem oberen Ende mit einem umfänglich verlaufenden Rastrand 29a versehen, mit dem er hinter dem Rand einer Öffnung 30 in dem Gehäusedeckel 31 dichtend einrastbar ist. Die Membran 32 ist so dimensioniert, dass diese zwischen dem Stützring 29 und dem Gehäusedeckel 31 einklemmbar ist und den Ringspalt zwischen der Öffnung 30 in dem Gehäusedeckel 31 und dem Stützring 29 abdichtet.
Falls die Konstruktion größere Hubbewegungen der Membran 32 erfordert, kann an der Membran 32 ein zweiter, innerer Walkbereich 34 vorgesehen sein. Zum Schutz dieses inneren Walkbereichs 34 vor Beschädigungen durch Saugrohrunterdruck ist an dem Stützring 29 ein umfänglich verlaufender, halbschalenförmiger Ringraum 29b vorgesehen, gegen die sich der innere Walkbereich 34 beim Absenken anschmiegen kann.
Auch bei der zweiten Ausführungsform ist die Passung zwischen dem Außenrand des Stützrings 29 und der Innenwand des Steuerelements 33 so gewählt, dass diese eine ungehinderte Relativbewegung des Steuerelements 33 im Verhältnis zu dem Stützring 29 ermöglicht, gleichzeitig aber zu große Scherkräfte auf die Membran 32 an dem Ringspalt zwischen dem Stützring 29 und dem Steuerelement 33 verhindert.
An dem Steuerelement 33 ist ein nach innen gerichteter Absatz 33a vorgesehen, um ein evtl. auftretendes Kräfteungleichgewicht durch Anklebeprozesse der Membran 32 am Stützring 29 zu kompensieren.
Bei allen Ausführungsformen ist das Steuerelement 22, 33 dichtend an der Membran 17, 32 befestigt. Die Befestigung kann beispielsweise durch ankleben oder anvulkanisieren der Stirnfläche 25 des Steuerelements 22,33 an der Gummimembran erfolgen. Alternativ kann die Membran 17, 32 mit angeformten Fixierungsmitteln, wie z. B. stiftartigen Fortsätzen oder einer Ringwulst ausgestattet sein, mit denen das Steuerelement verbindbar ist.
Das Steuerelement kann zudem mit einem zum inneren Ventilraum gerichteten Führungsabsatz (nicht dargestellt) zur Führung gegenüber dem Stützelement versehen sein. Ferner ist es möglich, weitere zur inneren Ventilkammer und/oder zur äußeren Ventilkammer gerichtete Absätze an dem Steuerelement vorzusehen, die als Kraftangriffsflächen für den Saugrohrunterdruck oder Kurbelgehäusedruck dienen und mit denen das Regelverhalten des Druckregelventils durch einfaches Austauschen des Steuerelements an motorspezifische Gegebenheiten anpassbar ist.

10: Ventilgehäuse
12: Kurbelgehäusestutzen
14: Gehäuseunterteil
15: Gehäusedeckel
16: Ringnut
17: Membran
18: Belüftungskammer
19: Ventilkammer
20: Saugrohrstutzen
21: äußere Walkbereich
22: Steuerelement
23: äußere Ventilkammer
24: innere Ventilkammer
25: Stirnfläche
26: Schließsitz
27: Druckfeder
28: Stützteller
28a: Horizontalplatte
28b: Stützsteg
29: Stützring
29a: Rastrand
29b: Ringraum
31: Gehäusedeckel
32: Membran
33: Steuerelement
33a: Absatz
33b: Stirnfläche
34: innerer Walkbereich

Claims

Druckregelventil für den Einbau in eine Entlüftungsleitung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere zwischen einem Kurbelgehäuse und einem Ansaugrohr oder einem Luftfilter, mit einem Ventilgehäuse (10), das aus einem Gehäuseunterteil (14), das eine Zuflussöffnung (12) und eine Abflussöffnung (20) aufweist, und einem Gehäusedeckel (15) zusammensetzbar ist, einer an ihrem Rand an dem Ventilgehäuse abgedichtet befestigten Membran (17, 32), die das Ventilgehäuse in eine Ventilkammer und eine mit der Atmosphäre verbundene Belüftungskammer (18) unterteilt, einem hülsenförmigen Steuerelement (22), das mit einem Schließsitz (26) aufsetzbar ist und die Ventilkammer in eine innere Ventilkammer (24 und eine äußere Ventilkammer (23) unterteilt, sowie einer auf das Steuerelement (22, 33) wirkenden Druckfeder (27), die sich am Ventilgehäuseunterteil (14) abstützt, wobei die Druckfeder (27) in Ruhelage das Steuerelement (22, 33) von dem Schließsitz (26) abhebt, dadurch gekennzeichnet, dass in der inneren Ventilkammer (24) ein Stützelement (28, 29a, 29b) vorgesehen ist, welches eine Unterseite der Membran (17, 32) abdeckt und die durch einen Unterdruck erzeugten Kräfte auf das Ventilgehäuse (10) überträgt.
Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement (22) einen Bund (25, 33b) aufweist, der durch die Druckfeder (27) gegen eine Unterseite der Membran (17, 32) andrückbar ist.
Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (28) als Stützteller ausgebildet ist, der sich an dem Ventilgehäuseunterteil (14) abstützt.
Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützteller (28) Mittel zur Verbindung mit dem Gehäusedeckel (15) aufweist.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (22) einen halbschalenförmigen Ringraum (29b) aufweist.
Druckregelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (29b) Mittel aufweist, um das Festkleben der Membran zu verhindern.
Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützteller (28) das Steuerelement (22, 23) führt.