DE102008005409A1

DE102008005409A1 - Ventil für die Kurbelgehäusebelüftung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102008005409A1
Application number: DE102008005409A
Authority: DE
Inventors: Artur Knaus; Wilhelm Seelandt
Original assignee: Dichtungstechnik G Bruss GmbH and Co KG
Current assignee: Bruss Sealing Systems GmbH
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2028-01-22
Also published as: JP2008286190A; US20080257321A1; DE102008005409B4; US7900612B2

Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Ventil (27) für die Kurbelgehäusebelüftung eines Verbrennungsmotors (10), wobei das Ventil (27) eine Frischluftseite (39) zur Verbindung mit einem Ansaugtrakt (21) des Verbrennungsmotors (10), eine Motorseite (40) zur Verbindung mit dem Kurbelgehäuse (12) und einen als Ganzes verschiebbaren Ventileinsatz (31) zur Veränderung des Strömungswiderstands durch das Ventil (27) aufweist. Der Ventileinsatz (31) ist in dem Ventil (27) ohne Vorspannung gehalten, wobei ein Unterdruck auf der Frischluftseite (39) relativ zu der Motorseite (40) eine freie Verschiebung des Ventileinsatzes (31) in eine Entlüftungs-Anschlagposition und ein Überdruck auf der Frischluftseite (39) relativ zu der Motorseite (40) eine freie Verschiebung des Ventileinsatzes (31) in eine Belüftungs-Anschlagposition bewirkt, wobei der Ventileinsatz in der Entlüftungs-Anschlagposition einen Entlüftungsquerschnitt und in der Belüftungs-Anschlagposition einen von dem Entlüftungsquerschnitt verschiedenen Belüftungsquerschnitt freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für die Kurbelgehäusebelüftung eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ventile zur Kurbelgehäusebelüftung sind beispielsweise aus DE 101 53 120 A1 und JP 2003 090207 A bekannt. Das Ventil ist dabei als Rückschlagventil ausgeführt. Eine Entlüftung des Kurbelgehäuses über die Belüftungsleitung, die insbesondere bei Volllastbetrieb erwünscht sein kann, ist daher nicht möglich.
Die US 5 499 604 offenbart ein PCV-Ventil in einer stromaufwärts der Drosselklappe mündenden Entlüftungsleitung. Bekannte PCV-Ventile (siehe beispielsweise US 2 407 178 , US 3 766 898 , US 4 686 952 , US 2003 0213479 A1 ) haben jedoch den Nachteil, dass sie wegen der vergleichsweise großen Masse des zu bewegenden Ventilkegels und der Notwendigkeit einer Andruckfeder relativ träge arbeiten und daher den Erfordernissen einer modernen Motorregelung nicht entsprechen. Zudem hängt der freigegebene Öffnungsquerschnitt von dem jeweils anliegenden Überdruck ab.
Aus der DE 10 2005 043 735 A1 ist ein Belüftungsventil zur Montage zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Ansaugtrakt bekannt, das einen mittels einer Feder vorgespannten Ventilteller umfasst. Bei ordnungsgemäß funktionierender Kurbelgehäuseentlüftung hält der Ventilteller aufgrund der Federvorspannung das Ventil geschlossen. Bei nicht ordnungsgemäß funktionieren der Kurbelgehäuseentlüftung wird das Ventilglied von dem Überdruck im Kurbelgehäuse entgegen die von der Feder ausgeübte Kraft angehoben, so dass das Ventil in Entlüftungsrichtung als Überdruckbegrenzungsventil wirkt.
Aus GB 1 514 237 , US 3 159 176 , WO 2005 116497 A1 , WO 98 20236 A1 , JP 61 016218 A sind weiterhin schirmförmige Be-/Entlüftungsventile mit einem Schirmteil aus flexiblem Material bekannt. Bei einem unter Schirmteil anliegenden Überdruck wird durch flexible Verformung nur das Schirmteil, also nicht der Ventilkörper als Ganzes, angehoben, um Durchlassöffnungen freizugeben. Derartige Schirmventile reagieren aufgrund der zu überwindenden Rückstellkraft des Schirmteils ebenfalls relativ träge und der freigegebene Öffnungsquerschnitt hängt von dem jeweils anliegenden Überdruck ab. Des Weiteren sind derartige Schirmventile aufgrund permanenter Verformung verschleißanfällig.
Offenlegungsschrift DE 1 916 788 offenbart ein Belüftungssystem für Kurbelgehäuse mit einem Belüftungs-Rückschlagventil und einem separaten Entlüftungs-Rückschlagventil. Die Rückschlagventile sind in einer Ausführungsform mit einer Platte aus flexiblem Material ausgeführt; bei einem unter der Platte anliegenden Überdruck wird durch flexible Verformung die Platte angehoben, um Durchlassöffnungen freizugeben. In einer weiteren unterhalb der Drosselklappe mündenden Entlüftungsleitung kann eine Einrichtung zum Regulieren der Strömungsrate vorgesehen sein, die in einer Ausführungsform von einer Kugel und einem Rohrstück mit nach innen vorstehenden Abschnitten gebildet wird. Durch die Auf- und Abbewegung der Kugel wird Schlamm ausgestoßen oder gelöst, der sich sonst in dem Rohrstück absetzen würde.
Auslegeschrift DE 1 149 957 offenbart ein Sicherheitsventil insbesondere für Niederdruckdampferzeuger, das in einer geöffneten Position als Be- und Entlüftungsventil arbeitet. Der Ventilkörper wird bei einem bestimmten Überdruck in eine dichtende Schließstellung, jedoch beim Überschreiten eines zulässigen Maximaldrucks gegen die Rückstellkraft eines elastischen Bundes in eine Sicherheits-Entlüftungsposition verschoben.
DE 27 02 621 A1 offenbart eine Öleinfüllstutzenverschlusskappe mit einem mittels Feder vorgespannten Belüftungsventil und einem separaten, als flexibles Schirmventil ausgebildeten Entlüftungsventil.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein schnell arbeitendes und kostengünstiges Ventil für eine effiziente Be- bzw. Entlüftung des Kurbelgehäuses bereitzustellen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Mitteln von Anspruch 1. Aufgrund des Verzichts auf eine Andruckfeder für den Ventilkörper kann dieser schnell von einer Anschlagposition in die andere verschoben werden. Auch bei lediglich geringen Druckunterschieden wird der Ventilkörper in die jeweilige Anschlagposition verschoben und gibt einen definierten Strömungsquerschnitt frei. Dabei hängt der freigegebene Strömungsquerschnitt nicht von der Höhe des Druckunterschieds zwischen der Frischluftseite und der Motorseite ab, so dass auch bei kleinen Druckdifferenzen eine ausreichende Belüftung bzw. Entlüftung sichergestellt ist.
Die Änderung des Strömungsquerschnitts wird allein durch Verschiebung des Ventileinsatzes als Ganzes erreicht. „Als Ganzes" heißt, dass sämtliche mit dem Ventileinsatz fest verbundenen Teile insgesamt verschoben werden. Insbesondere kann die Änderung des Strömungsquerschnitts ohne Verformung des Ventileinsatzes erreicht werden, wie dies beispielsweise bei herkömmlichen Schirmventilen der Fall ist. Aufgrund der verformungsfreien Verschiebung des Ventileinsatzes ist der freigegebene Strömungsquerschnitt unabhängig von dem anliegenden Druck. Zudem wird verformungsbedingter Verschleiß vermieden.
Es ist für die Erfindung wesentlich, den Strömungsquerschnitt in der Entlüftungsrichtung verschieden von dem Strömungsquerschnitt in der Belüftungsrichtung vorgeben zu können. In der Belüftungsrichtung insbesondere bei leerlaufnahem Betrieb kann die an der Drosselklappe vorbei geführte Frischluftmenge die Regelung des Motors erschweren, während in der Entlüftungsrichtung insbesondere bei volllastnahem Betrieb eine möglichst großer Strömungsquerschnitt erwünscht ist, um einen unzulässig hohen Überdruck im Kurbelgehäuse zu vermeiden. Es ist daher vorteilhaft, wenn der Ventileinsatz an dem Anschlag in der Entlüftungsrichtung einen größeren Strömungsquerschnitt freigibt als an dem Anschlag in der Belüftungsrichtung. Größer bedeutet dabei vorzugsweise mindestens 25%, weiter vorzugsweise mindestens 50% größer. Unter anderen Umständen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn der Strömungsquerschnitt in der Belüftungsrichtung größer ist als der Strömungsquerschnitt in der Entlüftungsrichtung.
Im Hinblick auf ein verringertes Gewicht und damit eine geringere Trägheit besteht der Ventileinsatz vorzugsweise aus Kunststoff, einem thermoplastischen Elastomer und/oder einem Elastomer. Der Ventileinsatz kann auch aus einer Kombination geeigneter Materialien gefertigt sein, beispielsweise mit einem Schaft aus Kunststoff und einem Teller aus thermoplastischem Elastomer oder Elastomer. Der Ventileinsatz ist nicht auf die genannten Materialien beschränkt, auch Leichtmetall kommt beispielsweise in Frage.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
1: einen Verbrennungsmotor mit Ansaugtrakt bei im Wesentlichen geschlossener Drosselklappe;
2: einen Verbrennungsmotor mit Ansaugtrakt bei geöffneter Drosselklappe;
3: ein Drosselventil in der Belüftungs-Anschlagposition; und
4: ein Drosselventil in der Entlüftungs-Anschlagposition.
Der in den 1 und 2 gezeigte Verbrennungsmotor 10 umfasst die Ölwanne 11, Kurbelgehäuse 12, Zylinder 13, Zylinderkopf 14 und Zylinderkopfhaube 15 mit Ölabscheider 16 und Druckregelventil 17. Blow-by-Gase werden über Kanäle 18 im Motorblock zu einem Gaseintritt 19 in der Zylinderkopfhaube 15 geleitet und durchlaufen darin den Ölabscheider 16, wobei das abgeschiedene Öl durch den Ölrücklauf 20 in den Motorölkreislauf zurückfließt und das gereinigte Gas über das Druckregelventil 17 und eine Entlüftungsleitung 22 zurück in den Ansaugtrakt 21 geleitet wird.
Zusätzlich zu der beschriebenen Entlüftung des Kurbelgehäuses 12 ist eine Belüftung des Kurbelgehäuses 12 über die den Ansaugtrakt 21 mit dem Kurbelgehäuse 12 verbindenden Leitung 23 vorgesehen. Dies ist insbesondere bei Otto-Motoren zweckmäßig, bei denen der Wasser- und/oder der Kraftstoffgehalt im Blow- by-Gas vergleichsweise hoch ist.
Soll die Belüftung durch die Leitung 23 ohne Fremdenergie auskommen, ist ein Druckgefälle von der Entnahme der Frischluft aus dem Ansaugtrakt 21 bis zu der Einleitung der mit Wasser- und Kraftstoffdämpfen angereicherten Luft zusammen mit dem Blow-by-Gas in den Ansaugtrakt 21 über die Leitung 22 erforderlich. In der Regel zweigt daher die Leitung 23 zur Entnahme gefilterter Frischluft aus dem Ansaugtrakt 21 nach dem Luftfilter 24 und vor dem Drosselklappenelement 25 mit Drosselklappe 26 ab, während die Leitung 22 zur Einleitung in den Ansaugtrakt 21 nach dem Drosselklappenelement 25 mündet. „Vor" und „nach" bezieht sich dabei auf die Strömungsrichtung der Verbrennungsluft.
Voraussetzung für eine Belüftung ist weiterhin ein ausreichendes Druckgefälle zwischen der Entnahmestelle vor und der Einleitungsstelle nach dem Drosselklappenelement 25, was bei zumindest teilweise geschlossener Drosselklappe 26 anliegt. Eine Belüftung ist also nur im Leerlauf bei geschlossener Drosselklappe 26 oder im Teillastbetrieb bei teilweise geschlossener Drosselklappe 26 möglich, wie in 1 gezeigt.
Insbesondere im leerlaufnahen Betrieb kann die über die Leitungen bzw. Kanäle 23, 18, 22 an der Drosselklappe 26 vorbei geführte Frischluftmenge die Regelung des Motors erschweren. Um dem entgegenzuwirken, ist in der Leitung 23 ein Ventil 27 zur Dosierung der zur Belüftung durch das Kurbelgehäuse 12 geführten Frischluftmenge angeordnet.
Bei weiterer Öffnung der Drosselklappe 26, d. h. bei Erhöhung der Last bis zur Volllast des Motors, steigt der Druck im Kurbelgehäuse 12 wegen der vermehrt anfallenden Blow-by-Gase über den Druck vor der Drosselklappe 26. Das Ventil 27 ist als Zwei-Wege-Element ausgeführt, so dass sich die Strömungsrichtung in der Leitung 23 zur Entlüftung des Kurbelgehäuses umkehren kann. Die Leitung 23 dient daher je nach den Druckverhältnissen als Be- und als Entlüftungsleitung.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Ventils 27 ist in den 3 und 4 gezeigt. Das Ventil 27 umfasst hier ein rohrförmiges Gehäuseteil 28 und insbesondere ein Gehäusewandteil 38, das eine Frischluftseite 39 des Ventils 27 von einer Motorseite 40 desselben trennt. Das Gehäusewandteil 38 ist zweckmäßigerweise im Wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung durch das Ventil 27 angeordnet.
An einem frischluftseitigen Ende 39 kann das rohrförmige Gehäuseteil 28 beispielsweise eine Schlauchtülle 36 zum Anschließen eines Schlauches 37 zur Verbindung mit dem Ansaugtrakt 21 aufweisen.
Die Motorseite 40 des Ventils 27 steht mit dem Kurbelgehäuse 12 des Motors in Verbindung. Wenn das Ventil 27 ein separates Bauteil ist, kann dies beispielsweise eine Schlauchverbindung 42 sein (siehe 1 und 2). Wenn, wie in der bevorzugten Ausführungsform gemäß den 3 und 4, das Ventil 27 in die Zylinderkopfhaube 15 integriert ist, wobei insbesondere die Motorseite 40 des Ventils 27 im Bereich des Gaseinlasses 19 der Zylinderkopfhaube angeordnet ist, ist die Motorseite 40 über die Kanäle 18 für das Blow-by-Gas mit dem Kurbelgehäuse 12 verbunden und eine zusätzliche externe Schlauch- oder Leitungsverbindung ist entbehrlich.
In dem Ventil 27 ist ein Ventileinsatz 31 verschiebbar gelagert. Genauer gesagt umfasst der Ventileinsatz 31 einen Schaft 32, der in einer Bohrung 30 des Gehäusewandteils 38 verschiebbar gelagert ist.
Der Ventileinsatz 31 umfasst weiterhin ein erstes Anschlagmittel, hier in Form eines Tellers 34, an dem frischluftseitigen Ende des Schafts 32 und ein weiteres Anschlagmittel 35 an dem entgegengesetzten, motorseitigen Ende des Schafts 32. Das weitere Anschlagmittel 35 wird im vorliegenden Beispiel von hakenförmigen Zungen am motorseitigen Ende des Ventileinsatzes 31 gebildet. Mittels der hakenförmigen Zungen 35 kann der Ventileinsatz 31 von der Frischluftseite 39 in die Bohrung 30 eingeklinkt werden und ist dann darin über eine entsprechende Schnappverbindung unverlierbar gehalten.
In dem Gehäusewandteil 38 sind weiterhin Durchgangsöffnungen 41 radial außerhalb der Bohrung 33, jedoch innerhalb der von dem Teller 34 überdeckten Fläche vorgesehen.
Wenn der Druck auf der Frischluftseite 39 des Ventils 27 höher ist als der Druck auf der Motorseite 40, wird der Ventileinsatz selbsttätig in die in 3 gezeigte Anschlagposition verschoben, in der der Teller 34 an dem Gehäusewandteil 38 anschlägt und dadurch die Durchgangsöffnungen 41 abdeckt. In dieser Anschlagposition kann Frischluft durch eine Durchgangsbohrung 33 des Schafts mit definiertem Querschnitt dem Kurbelgehäuse 12 zugeführt werden. Selbsttätig bedeutet ohne zusätzliche Steuerungsmittel und ohne Fremdenergie allein aufgrund einer Druckdifferenz.
Wenn andererseits der Druck auf der Frischluftseite 39 des Ventils 27 niedriger ist als der Druck auf der Motorseite 40, wird der Ventileinsatz selbsttätig in die in 4 gezeigte, entgegengesetzte Anschlagposition gehoben, in der die haken förmigen Zungen 35 an dem Gehäusewandteil 38 anschlagen. In dieser Anschlagposition ist die Strömungsrichtung umgekehrt und Blow-by-Gas kann einerseits durch die Durchgangsbohrung 33 des Schafts aus dem Kurbelgehäuse 12 abgeführt werden. Gleichzeitig gibt der Teller 34 die Durchgangsöffnungen 41 frei, so dass Blow-by-Gas zusätzlich durch die Durchgangsöffnungen 41 aus dem Kurbelgehäuse 12 abgeführt werden kann. Der Strömungsquerschnitt ist daher in der Entlüftungsrichtung um den Strömungsquerschnitt der Durchgangsöffnungen 41 größer als der Strömungsquerschnitt in Belüftungsrichtung. Hierdurch kann sowohl eine effiziente Entlüftung als auch eine im Hinblick auf eine stabile Motorregelung gedrosselte Belüftung des Kurbelgehäuses erreicht werden.
Wie zuvor beschrieben wurde, gibt es lediglich zwei stabile Positionen für den Ventileinsatz 31 entsprechend den beiden Anschlagpositionen, nämlich eine Entlüftungs- und eine Belüftungsposition. Zwischen diesen beiden stabilen Positionen ist der Ventileinsatz 31 frei verschiebbar, ohne eine beispielsweise durch eine Feder ausgeübte Vorspannungskraft überwinden zu müssen. Schon bei einem geringen Druckunterschied zwischen der Frischluft- und der Motorseite des Ventils 27 wird daher der Ventileinsatz 31 in die entsprechende Anschlagposition verschoben und gibt den maximalen Entlüftungs- bzw. Belüftungsquerschnitt frei. Darin unterscheidet sich das Ventil 27 von dem Lüftungsventil gemäß DE 10 2005 043 735 A1 , bei dem der Ventilkörper in Entlüftungsrichtung gegen die Kraft einer Andruckfeder bewegt werden muss und den maximalen Entlüftungsquerschnitt nur bei erheblichem Überdruck im Kurbelgehäuse freigibt.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform können anstelle von oder zusätzlich zu der Durchgangsbohrung 33 des Ventileinsat zes 31 Durchgangsöffnungen zwischen der Frischluftseite 39 und der Motorseite 40 vorgesehen sein, die unabhängig von der Position des Ventileinsatzes 31 geöffnet sind. Der Schaft 32 muss daher nicht notwendigerweise als Hohlschaft ausgeführt sein, er kann auch massiv sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10153120 A1 [0002]
- JP 2003090207 A [0002]
- US 5499604 [0003]
- US 2407178 [0003]
- US 3766898 [0003]
- US 4686952 [0003]
- US 20030213479 A1 [0003]
- DE 102005043735 A1 [0004, 0033]
- GB 1514237 [0005]
- US 3159176 [0005]
- WO 2005116497 A1 [0005]
- WO 9820236 A1 [0005]
- JP 61016218 A [0005]
- DE 1916788 [0006]
- DE 1149957 [0007]
- DE 2702621 A1 [0008]

Claims

Ventil (27) für die Kurbelgehäusebelüftung eines Verbrennungsmotors (10), wobei das Ventil (27) eine Frischluftseite (39) zur Verbindung mit einem Ansaugtrakt (21) des Verbrennungsmotors (10), eine Motorseite (40) zur Verbindung mit dem Kurbelgehäuse (12) und einen als Ganzes verschiebbaren Ventileinsatz (31) zur Veränderung des Strömungswiderstands durch das Ventil (27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventileinsatz (31) in dem Ventil (27) ohne Vorspannung gehalten ist, wobei ein Unterdruck auf der Frischluftseite (39) relativ zu der Motorseite (40) eine freie Verschiebung des Ventileinsatzes (31) in eine Entlüftungs-Anschlagposition und ein Überdruck auf der Frischluftseite (39) relativ zu der Motorseite (40) eine freie Verschiebung des Ventileinsatzes (31) in eine Belüftungs-Anschlagposition bewirkt, wobei der Ventileinsatz in der Entlüftungs-Anschlagposition einen Entlüftungsquerschnitt und in der Belüftungs-Anschlagposition einen von dem Entlüftungsquerschnitt verschiedenen Belüftungsquerschnitt freigibt.
Ventil nach Anspruch 1, wobei die Frischluftseite (39) des Ventils (27) zur Verbindung mit dem Ansaugtrakt (21) zwischen einem Luftfilter (24) und einem Drosselklappenelement (25) vorgesehen ist.
Ventil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strömungswiderstand des Ventils (27) in der Entlüftungs-Anschlagposition geringer ist als in der Belüftungs-Anschlagposition.
Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ventileinsatz (31) im Wesentlichen aus Kunststoff, thermo plastischem Elastomer und/oder Elastomer besteht.
Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ventileinsatz (31) ein Abdeckelement (34) zum Abdecken mindestens einer Durchgangsöffnung (41) in dem Ventil (27) aufweist.
Ventil nach Anspruch 5, wobei das Abdeckelement (34) die mindestens eine Durchgangsöffnung (41) in der Entlüftungs-Anschlagposition freigibt und in der Belüftungs-Anschlagposition abdeckt.
Ventil nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Abdeckelement (34) tellerförmig ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Abdeckelement (34) als Anschlagmittel dient.
Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ventileinsatz (31) ein Schaft (32) aufweist, mittels dessen der Ventileinsatz (31) verschiebbar gelagert ist.
Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ein Gehäusewandteil (38) mit einer Bohrung (33), in der der Ventileinsatz (31) verschiebbar gelagert ist.
Ventil nach Anspruch 10, wobei in dem Gehäusewandteil (38) zusätzlich zu der Bohrung (30) mindestens eine Durchgangsöffnung (41) angeordnet ist.
Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Ventileinsatz (31) eine Durchgangsbohrung (33) aufweist.
Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ventil (27) in eine Zylinderkopfhaube (15) des Verbrennungsmotors integriert ist.
Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Ventil (27) als separate Einheit ausgeführt ist.
Zylinderkopfhaube (15) für einen Verbrennungsmotor, in die ein Ventil (27) nach einem der vorangehenden Ansprüche integriert ist.