DE102004063065B4 - Ventilanordnung zur Führung einer Flüssigkeit gegen ein Gasdruckgefälle - Google Patents
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Abstract
Ventilanordnung zur Führung einer Flüssigkeit gegen ein Gasdruckgefälle,
mit drei hintereinander geschalteten Druckbereichen (Kammern 1, 2 und 3),
und mit einem Einlass für die Flüssigkeit, der in den ersten Druckbereich (Kammer 1) mündet,
und einem Auslass für die Flüssigkeit, der in den dritten Druckbereich (Kammer 3) mündet,
und mit Rückschlagventilen (4, 5), welche Durchgangsöffnungen zwischen dem ersten (Kammer 1) und zweiten Druckbereich (Kammer 2) sowie zwischen dem zweiten (Kammer 2) und dritten Druckbereich (Kammer 3) wahlweise freigeben oder verschließen,
wobei die Rückschlagventile (4, 5) in ihrer Ruhestellung, frei von äußeren Einwirkungen, geöffnet sind,
und durch den Gas-Gegendruck automatisch in ihrer Schließstellung gehalten werden,
und wobei die beiden äußeren Druckbereiche (Kammern 1, 3) jeweils mit dem mittleren Druckbereich (Kammer 2) über eine Belüftungsleitung (7, 8) verbunden sind,
wobei in jeder Belüftungsleitung (7, 8) ein Belüftungsventil (6) vorgesehen ist, welches die Belüftungsleitung (7,...
mit drei hintereinander geschalteten Druckbereichen (Kammern 1, 2 und 3),
und mit einem Einlass für die Flüssigkeit, der in den ersten Druckbereich (Kammer 1) mündet,
und einem Auslass für die Flüssigkeit, der in den dritten Druckbereich (Kammer 3) mündet,
und mit Rückschlagventilen (4, 5), welche Durchgangsöffnungen zwischen dem ersten (Kammer 1) und zweiten Druckbereich (Kammer 2) sowie zwischen dem zweiten (Kammer 2) und dritten Druckbereich (Kammer 3) wahlweise freigeben oder verschließen,
wobei die Rückschlagventile (4, 5) in ihrer Ruhestellung, frei von äußeren Einwirkungen, geöffnet sind,
und durch den Gas-Gegendruck automatisch in ihrer Schließstellung gehalten werden,
und wobei die beiden äußeren Druckbereiche (Kammern 1, 3) jeweils mit dem mittleren Druckbereich (Kammer 2) über eine Belüftungsleitung (7, 8) verbunden sind,
wobei in jeder Belüftungsleitung (7, 8) ein Belüftungsventil (6) vorgesehen ist, welches die Belüftungsleitung (7,...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Führung einer Flüssigkeit gegen ein Gasdruckgefälle.
- Aus der Praxis sind Situationen bekannt, wo eine Flüssigkeit gegen eine Gasströmung bzw. einen Gas-Gegendruck geführt werden muss. Im Bereich der Verbrennungsmotoren, insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, besteht eine derartige Situation beispielsweise im Bereich der Kurbelgehäuse-Entlüftung: Gas, welches vom Kurbelgehäuse durch einen Ölabscheider strömt, wird in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine geführt. Der im Ansaugtrakt bzw. in Strömungsrichtung hinter dem Ölnebelabscheider herrschende Druck ist geringer als der im Kurbelgehäuse herrschende Druck. Das im Ölabscheider abgeschiedene Öl soll jedoch in das Kurbelgehäuse ablaufen.
- Aus den Druckschriften
EP 1 286 025 A1 ,DE 84 33 272 U1 undDE 195 15 482 C2 sind Ventilanordnungen bekannt, die jeweils im Bereich der Kurbelgehäuse-Entlüftung einer Brennkraftmaschine vorgesehen sind. Aus derDE 296 05 425 U1 ist es bekannt, ein Blattfeder-Ventil für das abgeschiedene Öl vorzusehen, welches in einem Öl-Sammelbehälter angeordnet ist. Sobald sich abgeschiedenes Öl in diesem Sammelbehälter ansammelt und eine vorgegebene hydrostatische Höhe erreicht, öffnet die Blattfeder aufgrund des hydrostatischen Drucks und das Öl kann ablaufen. Sobald jedoch Gas durch die Öffnung strömt, bildet sich wiederum eine Druckdifferenz an der Blattfeder und führt dazu, dass das durch die Blattfeder gebildete Rückschlagventil automatisch wieder schließt. Bei dieser technischen Lösung ist ei nerseits nachteilig, dass eine hohe Fertigungsgenauigkeit im Bereich der Blattfeder erforderlich ist, um in der Serienfertigung gleichmäßige Ventil-eigenschaften sicherzustellen, zudem ist eine gewisse Mindestbauhöhe der Öl-Sammelkammer zur Erzielung des gewünschten hydrostatischen Druckes erforderlich, was angesichts der häufig beengten Einbauverhältnisse in beispielsweise dem Motorraum eines Kraftfahrzeugs nachteilig ist. Bei verschiedenen Motorkonzepten ist die Druckdifferenz am Abscheider so hoch, daß ein Ablaufen des abgeschiedenen Öls lediglich im Stillstand des Motors möglich ist. Die Ölsammelkammer muß dann so groß dimensioniert werden, daß die gesamte bis zum Abstellen des Motors gesammelte Ölmenge gespeichert werden kann. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die zuverlässig das Ablaufen einer Flüssigkeit gegen ein Gas-Druckgefälle ermöglicht, und die mit möglichst einfachen Mitteln eine zuverlässige Funktion ermöglicht und einen geringen Bauraum beansprucht.
- Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Die Erfindung schlägt dementsprechend vor, eine Schleusenlösung zu verwirklichen. Kernstück dieser Anordnung ist eine Schleusenkammer, die sowohl im Eintrittsbereich als auch im Austrittsbereich mit einem Rückschlagventil versehen ist. Die Sperrichtung der Rückschlagventile wirkt entgegen der gewünschten Förderwirkung der Flüssigkeit. Mittels einer Belüftungseinrichtung wird wechselweise in der Schleusenkammer der Druck vor der Schleusenkammer und hinter der Schleusenkammer aufgeschaltet, also der mittlere Druckbereich mittels einem oder mehreren Belüftungsventilen wechselweise mit dem Druck des Raumes unterhalb der Schleusenkammer und mit dem Druck oberhalb der Schleusenkammer beaufschlagt.
- Im Ruhezustand stehen die Rückschlagventile offen, so dass die Schleusenkammer durchlässig ist, und das gesammeltes Öl zuverlässig in das Kurbelgehäuse zurückfließen kann und nicht die Gefahr besteht, dass angesammelte Teilölmengen sowie Feuch tigkeitskondensat ggf. unter kalten Witterungsbedingungen einfrieren und ggf. zur Funktionsunfähigkeit der Ventilanordnung – beispielsweise bei wiederholtem Kurzstreckenbetrieb – führen. Die gezielte Öffnung bzw. Schließung der Rückschlagventile wird durch die geöffneten oder verschlossenen Belüftungsleitungen bestimmt, sodass die einzelnen Rückschlagventile keine hochpräzis gleichen Ventileigenschaften aufweisen müssen.
- Die Schleusenkammer sowie deren Eintritts- und Austrittsbereiche bilden drei Druckbereiche. Nachfolgend werden diese drei Druckbereiche vereinfachend als drei „Kammern” bezeichnet. In der Praxis muß jedoch nicht tatsächlich ein Bauteil vorgesehen sein, welches eine Ventilbaugruppe mit drei jeweils abgeschlossenen Kammern aufweisen muß; vielmehr können auch Leitungsabschnitte an die mittlere Schleusenkammer anschließen und die angrenzenden Druckbereiche darstellen, oder die mittlere Schleusenkammer kann unmittelbar an ein Saugrohr oder ein Kurbelgehäuse anschließen.
- Die Belüftungsventile können beispielsweise elektrisch angesteuert sein; auf diese Weise können sie durch ein ohnehin vorgesehenes Motormanagement beeinflusst werden, sodass für den Fahrzeughersteller bzw. Motorenhersteller eine präzise Auslegung der Funktion der Ventilanordnung möglich ist.
- Alternativ können die Belüftungsventile pneumatisch von einer sich im Motorbetrieb ändernden Druckdifferenz (z. B. Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck und Saugrohrdruck des Motors) geschaltet werden, sodass je nach Einbaulage der Ventilanordnung keine aufwendige Verlegung elektrischer Versorgungs- bzw. Steuerleitungen und ein dementsprechend komplexerer Kabelbaum erforderlich sind.
- In besonders preisgünstiger Ausgestaltung können Blattventile als Rückschlagventile verwendet werden.
- Vorteilhaft können Zwei-Wege-Ventile, also Durchgangsventile, in den Belüftungsleitungen vorgesehen sein, um jede Belüftungsleitung wahlweise zu öffnen oder zu schließen.
- Ebenso kann preisgünstig vorgesehen sein, die zur mittleren Kammer führenden Belüftungsleitungen zu einem gemeinsamen Abschnitt beider Belüftungsleitungen zusammenzufassen. In einem derartigen Fall kann weiterhin vorgesehen sein, statt zwei separater Ventile in den beiden Belüftungsleitungen ein gemeinsames Drei-Wege-Ventil, z. B. ein Drei-Zwei-Wege-Ventil, zu verwenden, welches im Belüftungsfall die Belüftungsleitung wahlweise von der einen oder von der anderen äußeren Kammer zur mittleren Kammer durchgängig freischaltet.
- Zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Ventilanordnungen, mit unterschiedlicher Ausgestaltung der Belüftungsventile, werden nachfolgend anhand der rein schematischen Darstellungen näher erläutert.
- Dabei ist jeweils mit den Ziffern
1 ,2 und3 eine Anordnung dreier hintereinander geschalteter Kammern bezeichnet, wobei die geodätisch obere Kammer1 an die Öl-Sammelleitung eines Ölabscheiders einer Kurbelgehäuse-Entlüftung angeschlossen ist oder den Ölsammelbereich eines Ölnebelabscheiders darstellt. Das abgeschiedene Öl gelangt daher zunächst in diese erste bzw. obere Kammer1 . - Die geodätisch untere Kammer
3 weist einen Auslass für das Öl auf, welcher zum Kurbelgehäuse führt oder einen mit dem Kurbelgehäuse direkt kommunizierenden Bereich unterhalb der Schleusenkammer2 darstellt, wobei im Kurbelgehäuse und damit auch in der Auslassöffnung der Kammer3 ein höherer Druck herrscht als im Ansaugtrakt und damit in der Einlassleitung für das Öl, welche an die obere Kammer1 anschließt. - Beide Kammern
1 und3 sind jeweils gegenüber der mittleren Kammer2 , der sog. Schleusenkammer, durch ein Rückschlagventil4 bzw.5 verschließbar, wobei diese beiden Rückschlagventile4 und5 jeweils als Blattventil ausgebildet sind. Wie aus1 ersichtlich, befinden sich die Rückschlagventile4 und5 in ihrer Ruhestellung im geöffneten Zustand, mit nach unten geöffneten Blattfedern. Sollte sich Öl in einer der Kammern1 oder2 gesammelt haben, so kann dieses aufgrund der geöffneten Rückschlagventile automatisch in die Kammer3 gelangen und zum Kurbelgehäuse zurücklaufen, sobald der Verbrennungsmotor steht. - Im Motorbetrieb wird aufgrund des höheren Kurbelgehäusedrucks ein höherer Druck in der unteren Kammer
3 herrschen als in der mittleren Kammer2 oder der oberen Kammer1 , sodass zumindest eines der vom Differenzdruck gesteuerten Rückschlagventile4 und5 im Motorbetrieb geschlossen ist. Dabei sind zunächst zwei Belüftungsventile6 geschlossen. - Wird jedoch das obere Belüftungsventil
6 geöffnet, so erfolgt über eine obere Belüftungsleitung7 ein Druckausgleich zwischen den oberen beiden Kammern1 und2 , sodass das obere Rückschlagventil4 öffnet und zunächst angesammeltes Öl aus der oberen Kammer1 in die mittlere Kammer2 fließen kann. - Anschließend wird das obere Belüftungsventil
6 geschlossen und das untere Belüftungsventil6 geöffnet, sodass über eine untere Belüftungsleitung8 ein Druckausgleich zwischen den beiden unteren Kammern2 und3 erfolgt. Aufgrund dieses Druckausgleichs schließt sich in diesem Fall das obere Rückschlagventil4 und öffnet sich das untere Rückschlagventil5 , und das Öl kann aus der mittleren Kammer2 in die untere Kammer3 und von dort durch den Auslass ins Kurbelgehäuse gelangen. - Die beiden Belüftungsleitungen
7 und8 weisen einen gemeinsamen Abschnitt9 auf, sodass in herstellungstechnisch einfa cher Weise lediglich ein einziger Leitungsabschnitt an die mittlere Kammer2 anschließt. - Wenn bei offener unterer Belüftungsleitung
8 und offenem Rückschlagventil5 die beiden unteren Kammern2 und3 den gleichen Innendruck aufweisen, so ist dieser Innendruck größer als der in der oberen Kammer1 herrschende Druck, sodass in diesem Betriebszustand das obere Rückschlagventil4 automatisch schließt und auf diese Weise zuverlässig verhindert wird, dass Öl nach oben mitgerissen wird und in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine gelangen kann. - Bei elektrischer Ansteuerung der Belüftungsventile
6 kann vorgesehen sein, diese in bestimmten zeitlichen Intervallen zu öffnen, wobei diese Intervalle beispielsweise durch das Motormanagement vorgegeben sein können, beispielsweise je nach den jeweiligen, momentanen Betriebsbedingungen des Motors. - Bei einer pneumatischen Betätigung der Belüftungsventile
6 erfolgt beispielsweise deren Betätigung abhängig von den Druckdifferenzen zwischen dem Umgebungsdruck und den Drücken im Ansaugtrakt, also mit ungewissen zeitlichen Abständen im Vergleich zu einer elektrisch gesteuerten Betätigung dieser Belüftungsventile6 . - Das Ausführungsbeispiel gemäß
2 unterscheidet sich lediglich im Bereich der Belüftungsleitungen von dem der1 . In2 ist ein einziges Belüftungsventil6 vorgesehen, welches als Drei-Zwei-Wege-Ventil ausgestaltet ist und an die oberen und unteren Belüftungsleitungen7 und8 anschließt sowie an den gemeinsamen Abschnitt9 der Belüftungsleitungen7 und8 , welcher zur mittleren Kammer2 führt. Das als Drei-Zwei-Wege-Ventil ausgestaltete Belüftungsventil6 kann wahlweise die obere Belüftungsleitung7 von der ersten Kammer1 zur mittleren Kammer2 freischalten während gleichzeitig die Verbindung zwischen Schleusenkammer2 und Kammer3 gesperrt wird, oder die untere Belüftungsleitung8 von der unteren Kammer3 zur mittleren Kammer2 freischalten und gleichzeitig die Verbindung zwischen Druckbereich1 und Schleusenkammer2 sperren. - Das Drei-Zwei-Wege-Ventil gem.
2 weist den Vorteil auf, mit besonders geringem Bauraum und zu lediglich einer Stelle zu verlegenden Steuerleitungen dieselben Funktion wie die zwei einzelnen Zwei-Wege-Ventile zu ermöglichen. - Die Verwendung von zwei separaten Zwei-Wege-Ventilen hat demgegenüber im Grundsatz den Vorteil, dass bei einer Störung der Dichtfunktion eines der beiden Rückschlagventile der Leckstrom von dem mit Kurbelgehäusedruck beaufschlagten Druckbereichs zu dem mit dem Saugrohrdruck beaufschlagten Druckbereich nur dann möglich ist, wenn das 2-Wege-Ventil geöffnet ist, welches parallel zum zweiten Rückschlagventil geschaltet ist.
- Bei beiden Ausführungsbeispielen der
1 und2 ist es möglich, die Belüftungsventile6 – anders als in den rein schematischen Zeichnungen dargestellt – von den Kammern1 bis3 entfernt anzuordnen, sodass der für die Unterbringung der Kammern1 bis3 erforderliche Bauraum dementsprechend gering bemessen sein kann.
Claims (8)
- Ventilanordnung zur Führung einer Flüssigkeit gegen ein Gasdruckgefälle, mit drei hintereinander geschalteten Druckbereichen (Kammern
1 ,2 und3 ), und mit einem Einlass für die Flüssigkeit, der in den ersten Druckbereich (Kammer1 ) mündet, und einem Auslass für die Flüssigkeit, der in den dritten Druckbereich (Kammer3 ) mündet, und mit Rückschlagventilen (4 ,5 ), welche Durchgangsöffnungen zwischen dem ersten (Kammer1 ) und zweiten Druckbereich (Kammer2 ) sowie zwischen dem zweiten (Kammer2 ) und dritten Druckbereich (Kammer3 ) wahlweise freigeben oder verschließen, wobei die Rückschlagventile (4 ,5 ) in ihrer Ruhestellung, frei von äußeren Einwirkungen, geöffnet sind, und durch den Gas-Gegendruck automatisch in ihrer Schließstellung gehalten werden, und wobei die beiden äußeren Druckbereiche (Kammern1 ,3 ) jeweils mit dem mittleren Druckbereich (Kammer2 ) über eine Belüftungsleitung (7 ,8 ) verbunden sind, wobei in jeder Belüftungsleitung (7 ,8 ) ein Belüftungsventil (6 ) vorgesehen ist, welches die Belüftungsleitung (7 ,8 ) wahlweise freigibt oder verschließt. - Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsventile (
6 ) elektrisch angesteuert sind. - Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsventile (
6 ) pneumatisch angesteuert sind. - Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Blattventile als Rückschlagventile (
4 ,5 ). - Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den beiden Belüftungsleitungen (
7 ,8 ) jeweils ein Zwei-Wege-Ventil als Belüftungsventil (6 ) vorgesehen ist. - Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Belüftungsleitungen (
7 ,8 ) einen gemeinsamen, zur mittleren Kammer führenden Abschnitt (9 ) aufweisen. - Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Belüftungsventile (
6 ) zu einem Drei-Wege-Ventil zusammengefasst sind, welches an jede der beiden Belüftungsleitungen (7 ,8 ) sowie an den gemeinsamen Abschnitt (9 ) anschließt. - Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drei-Wege-Ventil als Drei-Zwei-Wege-Ventil ausgeführt ist.
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