-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft eine Lüftungsventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren. Die Lüftungsventilanordnung ist insbesondere zum Einsatz in der Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine geeignet, mit deren Hilfe die Be- und Entlüftung des Kurbelgehäuses in Abhängigkeit der herrschenden Druckverhältnisse beim Betrieb der Brennkraftmaschine geregelt wird.
-
Stand der Technik
-
Aus der
DE 10 2007 047 488 A1 ist ein Druckventil zur Regelung des Druckes in einem Kurbelraum eines Kurbelgehäuses bekannt mit einem beweglichen Ventilglied, das die Verbindung zwischen Einlass und Auslass in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz mehr oder weniger weit öffnet.
-
Die
WO 2005/116497 A1 zeigt eine einteilige Ventilkombination aus einem Ventilkörper mit einem invertierten bidirektionalen Ventilteil und einem Schirmventil. Das invertierte bidirektionale Ventilteil weist mindestens einen normalerweise geschlossenen Schlitz auf.
-
Aus der
DE 10 2005 043 735 A1 ist ein Lüftungsventil zur Montage zwischen dem Kurbelraum eines Kurbelgehäuses und einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine bekannt, das ein Ventilglied und eine Ventilfeder aufweist, die das Ventilglied gegen einen Ventilsitz presst. Das Ventilglied weist eine Öffnung auf, über der auf der von der Ventilfeder abgewandten Seite eine verformbare Membran angeordnet ist, die sich verformt und so das Ventil zur Belüftung des Kurbelgehäuses in einer ersten Richtung öffnet, wenn der Druck im Ansaugtrakt den Druck im Kurbelgehäuse übersteigt. Das Ventilglied wird zur Zwangsentlüftung des Kurbelgehäuses entgegen der Kraft der Ventilfeder vom Ventilsitz abgehoben und das Ventil in der entgegengesetzten Richtung geöffnet, wenn eine positive Druckdifferenz zwischen dem Druck im Kurbelraum und dem Druck im Ansaugtrakt einen vorgegebenen Wert übersteigt, während es geschlossen bleibt, solange die positive Druckdifferenz den vorgegebenen Wert nicht übersteigt.
-
Bei diesem Ventilaufbau dichtet das Ventilglied gegen den Ventilsitz und die Membran dichtet gegen das Ventilglied. Es handelt sich daher um zwei Ventile, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Das Ventil ist aufwendig in der Herstellung, da die Membran verliersicher am Ventilglied befestigt werden muss. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lüftungsventilanordnung zu schaffen, die auf einfache Weise eine Be- und Entlüftung des Kurbelgehäuses ermöglicht und bei der die Membran als günstig herzustellendes Bauteil ausgeführt ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lüftungsventilanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Lüftungsventilanordnung ist dabei sowohl für ansaugende als auch besonders für aufgeladene Brennkraftmaschinen geeignet.
-
Um einen Druckanstieg im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine durch die Blowby-Gase aus dem Kurbelraum zu verhindern, wird üblicherweise ein System zur Kurbelgehäuseentlüftung bestehend aus einem Ölabscheider und einem nachgeschalteten Ventilsystem eingesetzt, das die von Öl gereinigten Blowby-Gase vom Kurbelraum des Kurbelgehäuses in den Ansaugtrakt leitet, so dass sie der Verbrennung zugeführt werden. Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine können dabei unterschiedliche Druckniveaus im Ansaugtrakt und im Kurbelgehäuse auftreten.
-
Die Lüftungsanordnung mit dem darin angeordneten Ventil erfüllt zwei Lüftungsfunktionen und dient sowohl als Rückschlagventil als auch als Notventil zur Be- und zur Entlüftung des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine.
-
Während der Entlüftung wird durch den Ölabscheider gereinigtes Blowby-Gas aus dem Kurbelgehäuse dem Ansaugtrakt und somit der Verbrennung zugeführt. Während der Belüftung wird Frischluft aus dem Ansaugtrakt in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine geleitet.
-
Be- und Entlüftung erfordern sehr unterschiedliche Volumenströme. Daher sind in der Lüftungsventilanordnung die Strömungskanäle mit unterschiedlichen Strömungsquerschnitten ausgelegt.
-
Im Betriebszustand der Entlüftung fliest ein Volumenstrom von mehr als 75 l/min, vorzugsweise mehr als 85 l/min, durch die Lüftungsventilanordnung bei einer Druckdifferenz zwischen Kurbelgehäuse und Ansaugtakt von 5 bis 15 hPa.
-
Während des Betriebszustandes Belüftung, der Sperrrichtung des Entlüftungsventils, fließt Frischluft mit einem Volumenstrom von 3 bis 15 l/min durch die Lüftungsventilanordnung bei einem Unterdruck von 50 bis 80 hPa im Kurbelgehäuse gegenüber dem Druck im Ansaugtrakt.
-
Eine erste Ventilstellung für die Entlüftung des Kurbelraumes bildet die Ruhelage der Ventilanordnung, bei der eine Membran durch eine Feder gegen einen Stützkörper oder einen Absatz am Stützkörper gedrückt wird und somit einen ersten Strömungskanal freigibt. Gleichzeitig ist ein zweiter Strömungskanal verschlossen, durch den das Blowby-Gas vom Kurbelraum in den Ansaugtrakt strömen kann.
-
Ändern sich die Druckverhältnisse im Ansaugtrakt oder im Kurbelraum dahingehend, dass der Druck im Ansaugtrakt einen vorbestimmten Wert über dem Druck des Kurbelraums annimmt, so wirkt das Ventil als Rückschlagventil und nimmt eine zweite Ventilstellung ein und belüftet über einen zweiten Strömungskanal den Kurbelraum der Brennkraftmaschine mit Luft aus dem Ansaugtrakt, während der erste Strömungskanal verschlossen ist.
-
Die Membran ist entlang eines Stützkörpers bewegbar angeordnet, so dass sie in den verschiedenen Ventilstellungen unterschiedliche Positionen an dem Stützkörper einnehmen kann.
-
In dieser zweiten Ventilstellung wirkt das Ventil als Umgehungsventil für einen unerwünschten Zustand im Kurbelgehäuse. Durch Anliegen eines Unterdruckes auf der Anschlussseite zum Kurbelraum wird erst die Membran auf eine Anlagefläche eines Ventilkorbs gepresst. Sinkt der Druck im Kurbelraum noch weiter ab, bewegt sich die Membran gegen die Federkraft und öffnet einen zweiten Strömungskanal, beispielsweise in Form eines Kreisringkanals, zwischen Stützkörper und Membran.
-
Beide Ventilfunktionen werden erfindungsgemäß durch die Verwendung nur einer Membran erreicht, die zum Verschließen eines ersten Strömungskanals oder eines zweiten Strömungskanals an einer ersten Dichtfläche oder einer zweiten Dichtfläche anliegt. Die Membran ist zu diesem Zweck entlang eines zentrisch angeordneten Stützkörpers zwischen der ersten und der zweiten Ventilstellung bewegbar.
-
Erfindungsgemäß liegt in der ersten Ventilstellung die Membran zur Abdichtung des zweiten Strömungskanals an einem Absatz an, der an dem Stützköper gebildet ist.
-
Dieser zweite Strömungskanal verläuft hierbei durch eine Durchströmöffnung in der Membran, die in der ersten Ventilstellung durch die Anlage der Membran an dem Absatz verschlossen ist.
-
Der zweite Strömungskanal bzw. die Durchströmöffnung ist durch einen Ringspalt zwischen der Membran und dem Stützkörper gebildet.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Lüftungsventilanordnung eine in dem Gehäuse vorgesehene, scheibenförmige Anlagefläche mit mindestens einer weiteren Durchströmöffnung, welche in der zweiten Ventilstellung durch die Membran verschlossen ist.
-
Diese Anlagefläche kann Teil eines Ventilkorbs zur Aufnahme einer Druckfeder sein, welche eine Vorspannung zur Anlage der Membran an dem Absatz zur Abdichtung des zweiten Strömungskanals in der ersten Ventilstellung erzeugt.
-
In einer weiteren Ausführung verschließt die Membran in einer dritten Ventilstellung den ersten Strömungskanal und den zweiten Strömungskanal. Die dritte Ventilstellung stellt einen Übergangszustand von der ersten in die zweite Ventilstellung dar. Sie wird eingenommen, wenn ein Unterdruck in dem Kurbelgehäuse herrscht.
-
Die Membran ist hierbei vorteilhafter Weise flexibel bzw. elastisch ausgebildet und liegt in der dritten Ventilstellung sowohl an dem Absatz des Stützkörpers als auch an der Anlagefläche dichtend an. Wenn der Druck im Kurbelgehäuse in Relation zu dem Druck in Ansaugtrakt noch weiter absinkt, bewegt sich die Membran entgegen der Kraft der Druckfeder weiter entlang des Stützkörpers vom Absatz weg und gibt dabei den zweiten Strömungskanal frei, durch den eine Belüftung des Kurbelgehäuses stattfinden kann.
-
Das Gehäuse der Lüftungsventilanordnung kann als einteiliges Kunststoff-Spritzgussteil ausgeführt sein. Alle Einzelteile des Ventils sind vorzugsweise in einer einheitlichen Montagerichtung im Gehäuse montiert. Der Ventilkorb kann als abschließendes Bauteil mit dem Gehäuse kraft-, form- oder stoffschlüssig, insbesondere mittels Reibschweißen oder Ultraschallschweißen befestigt werden. In einer alternativen Ausführung ist eine Schnappverbindung oder das Einkleben des Ventilkorbes in das Gehäuse vorgesehen, um den Ventilkorb fest mit dem Gehäuse zu verbinden.
-
Es ist alternativ aber auch möglich, das Gehäuse aus zwei oder mehr Kunststoffteilen aufzubauen, die miteinander verbunden, insbesondere verschweißt werden. Hierbei kann z. B. an einem ersten Gehäuseteil der Ventilkorb angespritzt und in einem zweiten Gehäuseteil der Stützkörper integriert werden. Ein bevorzugter Werkstoff für das Gehäuseteil ist thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polyamid 6 mit Glasfaserfüllung.
-
Die insbesondere kreisringförmige Membran kann auf einem radial innen liegenden, formstabilen Stützteller oder Stützring gelagert sein, an dem die Druckfeder anliegt, um die Vorspannkraft aufzunehmen. Die Membran kann mit dem Stützteller über einen Kraftschluss, Formschluss, Stoffschluss oder eine Kombination dieser Verbindungen verbunden sein. Die Membran wird mittels der Druckfeder in Richtung auf den Absatz an dem Stützkörper vorgespannt. Die Membran ist vorzugsweise aus einem Elastomer-Werkstoff hergestellt, vorzugsweise aus Fluorkautschuk (FPM) oder Acrylat-Kautschuk (AEM).
-
Zusätzlich zu einem Anschlussstutzen für die Verbindung zum Kurbelgehäuse und einem Anschlussstutzen für die Verbindung mit dem Ansaugtrakt sind weiter Anschlussstutzen oder Flansche zur Verbindung mit dem Lüftungssystem der Brennkraftmaschine möglich. Vorteilhaft kann ein weiterer Anschlussstutzen zur Verbindung des Kurbelgehäuseentlüftungssystems der Brennkraftmaschine mit der Tankentlüftung des zugehörigen Tanksystems sein.
-
Als Anschlussgeometrien für die Anschlussstutzen eigenen sich insbesondere Geometrien von industrieüblichen Schnellverbindungs- und Stecksystemen oder Schlauchstutzen für die Befestigung des Verbindungsschlauches mit Schlauchschellen.
-
Es ist auch möglich, das Gehäuse der Lüftungsventilanordnung oder einen von dem Gehäuse ausgebildeten Stutzen in ein anderes Bauteil, beispielsweise den Zylinderkopf oder die Zylinderkopfhaube, einzustecken und mittels eines Dichtringes gegen die Umgebung abzudichten.
-
Zur Befestigung der Lüftungsventilanordnung an der Brennkraftmaschine können dem Fachmann bekannte Befestigungsmittel vom Gehäuse ausgebildet sein, wie etwa Schraubaugen, Befestigungslaschen oder Schnapphaken.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Lüftungsventilanordnung wie oben beschrieben, bei dem die Membran, der Stützteller, die Druckfeder sowie der Ventilkorb der Reihe nach auf den Stützkörper aufgesteckt werden und nachfolgend der Ventilkorb an dem Gehäuse befestigt wird. Der Ventilkorb wird hierbei bevorzugt an der Innenseite des Gehäuses durch Ultraschallschweißen, Warmverstemmen oder Verschnappen befestigt. Auf diese Weise kann die Ventilanordnung besonders einfach hergestellt werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt eine Ausführungsform der Lüftungsventilanordnung in einem Längsschnitt in einer ersten Ventilstellung,
-
2 zeigt die Lüftungsventilanordnung der 1 in einem Längsschnitt in einer zweiten Ventilstellung,
-
3 zeigt die Lüftungsventilanordnung der 1 in einem Längsschnitt in einer Ausführungsform mit einem zweiteiligen Gehäuse, und
-
4 zeigt die Lüftungsventilanordnung in einer perspektivischen Explosionsansicht der Einzelteile.
-
In den Figuren sind gleiche beziehungsweise funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, sofern dies nicht anders angegeben ist.
-
Ausführungsform(en) der Erfindung
-
Die 1 zeigt eine Lüftungsventilanordnung 1 in einer ersten Ventilstellung A. Das Gehäuse 2 der Anordnung weist einen ersten Anschlussstutzen 3 zur Verbindung mit dem Kurbelraum der Brennkraftmaschine auf und einen zweiten Anschlussstutzen 4 zur Verbindung mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine auf. Im Inneren des Gehäuses 2 ist ein Stützkörper 5 mit einem Absatz 6 angeordnet, an dem in der Ventilstellung A eine Membran 7 anliegt. Eine Feder 8 ist zwischen der Membran 7 und einem Ventilkorb 9 angeordnet. Der Ventilkorb 9 weist an der axialen Stirnseite zur Membran 7 eine Anlagefläche 10 mit mindestens einer Durchströmöffnung 15 auf. Durch diese Anlagefläche 10 führt ein erster Strömungskanal 11.
-
Ein zweiter Strömungskanal 12 mit der Durchströmöffnung 13 ist zwischen Membran 7 und Stützkörper 5 in Form eines Ringspaltes 14 gebildet, der sich radial um den Stützkörper 5 erstreckt. Dieser zweite Strömungskanal 12 ist in der ersten Ventilstellung durch die Anlage der Membran 7 an dem Absatz 6 des Stützkörpers 5 verschlossen.
-
Der Stützkörper 5 ist einteilig mit dem Gehäuse 2 ausgeführt und wird durch eine Rippe 19 zwischen Gehäuse 2 und Stützkörper 5 zusätzlich verstärkt. Diese Rippe 19 ist so im Gehäuse 2 angeordnet, dass die Strömung durch das Gehäuse 2 hindurch nicht nachteilig beeinflusst ist.
-
In dieser ersten Ventilstellung A wird der Kurbelraum der Brennkraftmaschine entlüftet. Im Ansaugtrakt herrscht in diesem Betriebszustand ein niedrigerer Druck als im Kurbelraum. Das Blowby-Gas strömt vom Kurbelraum durch den Anschlussstutzen 3 der Lüftungsventilanordnung 1 in einen Innenraum 17 des Gehäuses 2 und durch den ersten Strömungskanal 11 durch die Durchströmöffnung 15 an der Membran 7 vorbei in einen Innenraum 16 und von dort durch die Verbindungsöffnung 18 und den Anschlussstutzen 4 in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine.
-
Das Gehäuse 2 der Lüftungsventileinheit 1 ist einteilig als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Der Anschlussstutzen 3 und der Stützkörper 5 mit der zugehörigen Verstärkungsrippe 19 sind so gestaltet, dass das Gehäuse in Hauptentformungsrichtung des Spritzgusswerkzeuges entformbar ist. Der Anschlussstutzen 4 ist mit einem Schieber im Werkzeug entformbar. Der Ventilkorb 9 wird nach der Montage der Membran 7 und der Feder 8 im Gehäuse 2 befestigt. Vorzugsweise ist der Ventilkorb 9 in das Gehäuse 2 eingeschweißt, insbesondere durch Ultraschallschweißung oder in einem Hinterschnitt im Gehäuse 2 eingerastet.
-
Die 2 zeigt den gleichen Aufbau der Lüftungsventileinheit 1 wie die 1, jedoch in einer zweiten Ventilstellung B. Im Kurbelraum herrscht in diesem Betriebszustand ein niedrigerer Druck als im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Zur Belüftung des Kurbelgehäuses strömt aus dem Ansaugtrakt Frischluft durch den Anschlussstutzen 4 der Lüftungsventilanordnung 1 durch die Verbindungsöffnung 18 in einen Innenraum 16 des Gehäuses 2 und durch einen zweiten Strömungskanal 12 durch die ringspaltförmige Durchströmöffnung 13 an der Membran 7 vorbei in einen Innenraum 17 und von dort durch den Anschlussstutzen 3 in den Kurbelraum der Brennkraftmaschine.
-
In dieser Ventilstellung B liegt die Membran 7 aufgrund der anliegenden Druckdifferenz zwischen dem ersten Innenraum 17 und dem zweiten Innenraum 16 des Gehäuses 2 gegen den Druck der Feder 8 auf der Anlagefläche 10 des Ventilkorbes 9 dichtend auf und verschließt die Durchströmöffnung 15 des Strömungskanals 11. Hierbei drückt die Feder 8 auf einen verstärkten Bereich 25 der Membran 7. Dieser verstärkte Bereich 25 ist materialeinheitlich mit der Membran 7 ausgebildet und nimmt die Kraft der Feder 8 auf und leitet sie gleichmäßig in die Membran 7 ein, so dass diese keinen Schaden nimmt. In einer alternativen Ausführungsform kann der verstärkte Bereich 25 der Feder 8 als separater Stützring 21 oder Stützteller ausgebildet sein, wie in 3 dargestellt.
-
Ein alternativer Aufbau des Gehäuses 2 der Lüftungsventilanordnung 1 ist in der 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 2 mehrteilig ausgeführt. Ein Oberteil 23 ist mit einem Unterteil 24 entlang einer Verbindungszone 22 verbunden. Das Oberteil 23 bildet dabei den Anschlussstutzen 4 mit der Verbindungsöffnung 18 und den Stützkörper 5 aus. Das Unterteil 24 bildet den Anschlussstutzen 3, den ersten Strömungskanal 11 und materialeinheitlich den Ventilkorb 9 mit Stegen aus.
-
Eine flexible Membran 7, ein separater Stützring 21 und eine Druckfeder 8 werden auf den Stützkörper 5, ausgebildet von dem Oberteil 23, montiert. Der Öffnungsquerschnitt 26 (dargestellt in 4) in der Membran 7 und der Öffnungsquerschnitt 27 (dargestellt in 4) des Stützrings 21 sind größer als der Querschnitt des Stützkörpers 5 im Bereich der Membran 7 und des Stützrings 21. Das Zusammenspiel dieser Querschnitte zusammen mit dem Absatz 6 des Stützkörpers 5 bildet den zweiten Strömungskanal 12 mit der Durchströmöffnung 13.
-
Auch in dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 wird der zweite Strömungskanal 12 mit der Durchströmöffnung 13 auf diese Weise gebildet, nur dass der Stützring 21 entfällt und alleine der Öffnungsquerschnitt 26 (dargestellt in 4) in der Membran 7 zusammen mit dem Querschnitt des Stützkörpers 5 im Bereich der Membran 7 die Größe der Durchströmöffnung bestimmt.
-
Das Oberteil 23 und das Unterteil 24 sind entlang der Verbindungszone 22 nach der Montage der Membran 7, des Stützrings 21 und der Feder 8 verbunden.
-
Für die Ausführungsform der Gehäuseteile 23, 24 als Kunststoffspritzgussteil, vorzugsweise aus Polyamid 6 mit Glasfaserfüllung, ist eine bevorzugte Verbindung von Oberteil 23 und Unterteil 24 eine stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise mittels Ultraschallschweißen.
-
In der 4 ist der Aufbau der Ventileinheit 20, bestehend aus dem Ventilkorb 9, der Feder 8, eines Stützrings 21 und der Membran 7 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung mit dem Gehäuse 2 gezeigt. Die Ventileinheit 20 ist der Reihenfolge nach auf den Stützköper 5 montiert, wobei der Ventilkorb abschließend mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Der Stützring 21 kann in einer anderen Ausführungsform materialeinheitlich mit der Membran 7 ausgeführt sein. Der Ventilkorb 9 weist an der axialen Stirnseite eine Anlagefläche 10 für die Membran 7 auf. Diese Anlagefläche 10 verfügt über Durchströmöffnungen 15, durch die das Blowby-Gas in der ersten Ventilstellung A strömen kann. Die Bodenplatte 28 des Ventilkorbes 9 nimmt die Federkräfte der Feder 8 auf und ist durch Stege 29 mit der Anlagefläche verbunden.
-
Die Ausgestaltung der Anschlussstutzen 4, 3 kann den Anschüssen der Verbindungsleitungen zum Kurbelgehäuse oder dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angepasst werden.
-
Die dem Fachmann bekannten Formen von Anschlussstutzen ermöglichen den Anschluss von Schlauchleitungen mit Schlauchschellen oder die direkte Verbindung mit Schlauchleitungen durch Kraftschluss über eine örtliche Zunahme des Außendurchmessers des Anschlussstutzens. Mit einer aufwendigeren Geometrie der Anschlussstutzen 3, 4 sind diese für die Verbindung mit einem handelsüblichen Schnellverschlusssystem geeignet. Nicht gezeigt sind mögliche zusätzliche Anschlussstutzen am Gehäuse 2, die beispielsweise weitere Entlüftungsleitungen wie eine Tankentlüftung mit dem Innenraum 16 der Lüftungsventilanordnung 1 verbinden können.
