DE102016211265B4

DE102016211265B4 - Volumenstrombegrenzungsventil

Info

Publication number: DE102016211265B4
Application number: DE102016211265.1A
Authority: DE
Inventors: Jorge SOARES; Christoph Leson
Original assignee: Polytec Plastics Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Polytec Plastics Germany GmbH and Co KG; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: WO2017220572A1; EP3475541A1; CN109477406B; CN109477406A; US10634023B2; US20190271243A1; DE102016211265A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Volumenstrombegrenzungsventil mit Regelfunktion zur Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine in einem Gehäuse zwischen einem Kurbelraum eines Kurbelgehäuses und einem Ansaugtrakt mit wenigstens zwei Öffnungen zwischen dem Kurbelraum und dem Ansaugtrakt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Volumenstrombegrenzungsventil mit Regelfunktion zur Kurbelwellenentlüftung einer Brennkraftmaschine in einem Gehäuse zwischen einem Kurbelraum eines Kurbelgehäuses und einem Ansaugtrakt mit wenigstens zwei Öffnungen zwischen dem Kurbelraum und dem Ansaugtrakt.
Im Stand der Technik wurden bereits sogenannte PCV-Ventile vorgeschlagen und verwendet. PCV steht dabei für ”positive crank case ventilation” und ist ein Entlüftungsventil, insbesondere ein Volumenstrombegrenzungsventil oder Durchflussbegrenzungsventil, das beispielsweise gewährleisten soll, dass der Motor insbesondere eines Kraftfahrzeuges gut durchlüftet wird, in dem man im Leerlauf und bei wenig Last einen Teil der Ansaugluft über diese Entlüftung durch das Kurbelgehäuse ziehen lässt. Dadurch soll die Verunreinigung des Motoröls durch Kondensate reduziert werden.
Üblicherweise reguliert ein Kolben in diesem Ventil einen Öffnungsquerschnitt, der den Luftstrom zum Ansaugkrümmer beziehungsweise Ansaugtrakt kontrolliert, durch eine Feder so, dass nur eine definierten geringeren Menge Gas durchgelassen und somit die Druckdifferenz geregelt wird.
DE 20 2010 001 191 01 U1 beschreibt ein Ventil zur Steuerung eines Gasstromes, Flüssigkeitsabscheider, Lüftungssystem sowie Verbrennungsmotor mit einem derartigen Ventil. Gegenstand des Gebrauchsmusters ist ein Ventil zur Steuerung eines Gasstromes von einer Druckseite zu einer Saugseite des Ventil, mit einem Ventilverschluss, insbesondere einem Ventilteller, einer mittels des Ventilverschlusses verschließbaren Ventilöffnung, und einem Ventillager, auf dem der Ventilverschluss federnd gelagert ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Ventilverschluss ein oder mehrere Gasdurchtrittsöffnungen von der Druckseite zur Saugseite des Ventil aufweist.
DE 10 2008 005 409 B4 betrifft ein Ventil für die Kurbelgehäusebelüftung eines Verbrennungsmotors. Gegenstand des Patents ist ein Ventil für die Kurbelgehäusebelüftung eines Verbrennungsmotors, wobei das Ventil eine Frischluftseite zur Verbindung mit einem Ansaugtrakt, eine Motorseite zur Verbindung mit dem Kurbelgehäuse und einen als Ganzes verschiebbaren Ventileinsatz zur Veränderung des Strömungswiderstands durch das Ventil aufweist, wobei der Ventileinsatz in dem Ventil ohne Vorspannung gehalten ist, wobei ein Unterdruck auf der Frischluftseite relativ zu der Motorseite eine freie Verschiebung des Ventileinsatzes in eine Entlüftungs-Anschlagposition und ein Überdruck auf der Frischluftseite relativ zu der Motorseite eine freie Verschiebung des Ventileinsatzes in eine weitere Anschlag Position bewirkt, wobei der Ventileinsatz in der Entlüftungs-Anschlagposition einen Entlüftungsquerschnitt freigibt, und wobei der Ventileinsatz ein Abdeckelement zum Abdecken mindestens einer Durchgangsöffnung in dem Ventil aufweist, wobei das Abdeckelement die mindestens eine Durchgangsöffnung in einer Anschlagposition freigibt und in der anderen Anschlagposition, die eine Belüftungs-Anschlagposition ist, einen von den Entlüftungsquerschnitt verschiedenen Belüftungsquerschnitt freigibt, und mindestens eine Durchgangsöffnung zwischen der Frischluftseite und der Motorseite vorgesehen ist, die unabhängig von der Position des Ventileinsatzes geöffnet ist, um in der Belüftungs-Anschlagposition Frischluft durch die Durchgangsöffnung dem Kurbelgehäuse zuzuführen und in der Entlüftungs-Anschlagposition Blow-by-Gas durch die Durchgangsöffnung aus dem Kurbelgehäuse abzuführen.
DE 40 22 129 C2 betrifft ein Druckregelventil für den Einbau in eine Entlüftungsleitung an einer Brennkraftmaschine. Das Druckregelventil ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ventilplatte der Membran und dem ersten Ventilsitz am Gehäuseunterteil ein Zwischenventil angeordnet ist, welches einen zweiten Ventilsitz aufweist, das der Membran zugewandt ist und mit der Ventilplatte der Membran zusammenwirkt und eine Ventilplatte aufweist, welche dem Ventilsitz des Gehäuseunterteil zugewandt ist und mit diesem zusammengewirkt, wobei das Zwischenventil an der Membran derart angeordnet ist, dass eine axiale Relativbewegung zwischen der Membran und dem Zwischenventil möglich ist.
US 3 308 798 A beschreibt ein Dosierventil für ein Kurbelgehäusebelüftungssystem.
US 3 111 138 A beschreibt einen Regler für eine Kurbelgehäusebelüftung.
In ähnlicher Weise wird der Gasstrom und das Druckgefälle im Stand der Technik durch Druckregelventile mit Elastomermembran und Druckfeder oder den oben genannten PCV-Ventilen mit Kolben und Druckfeder geregelt ( DE 10 2009 012 872 A1 ; US 3 645 242 A ).
Es wurden auch insbesondere Druckfedern zur Regulierung einer Membran oder der Kolben mit entsprechend großem, benötigtem Bauraum verwendet. Die Ölabscheidung wurde hierbei separat angeordnet. Diese benötigen jedoch mehr Bauraum wobei die ventilbedingte hohe Strömungsgeschwindigkeit nicht zur Tröpfchenabscheidung aus dem Blow-By-Gas genutzt wurde.
Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Gasmenge zur Be-, bzw. Entlüftung des Kurbelgehäuses zu begrenzen, den Unterdruck im Kurbelraum zu regulieren, evtl. das Öl aus dem Blow-By-Gas abzuscheiden und dies alles unter Verwendung eines kleinen, kompakten Einbauraumes.
Die vorgenannte Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform gelöst durch ein Volumenstrombegrenzungsventil mit Regelfunktion zur Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine in einem Gehäuse 2 zwischen einem Kurbelraum 1 eines Kurbelgehäuses und einem Ansaugtrakt 8 mit wenigstens zwei Öffnungen 5a, 5b, 6 zwischen dem Kurbelraum 1 und dem Ansaugtrakt 8,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Querschnitt wenigstens einer ersten Öffnung 5a, 5b im Wesentlichen konstant ist und der Querschnitt wenigstens einer zweiten Öffnung 6 durch wenigstens ein Federblech 3 überspannt ist, das Federblech 3 durch die zweite Öffnung 6 zunächst bei steigendem Druckunterschied zwischen dem Kurbelraum 1 und dem Ansaugtrakt 8 einen geringeren Volumenstrom freigibt, bei einem definierten hohen Druckgefälle schaltet und das Federblech 3 den Querschnitt der zweiten Öffnung 6 so verringert und letztendlich schließt, dass auch bei weiter steigendem Druckunterschied der Volumenstrom über die erste Öffnung 5a, 5b lokalisiert und auf einem niedrigeren Niveau begrenzt ist.
Das erfindungsgemäße Volumenstrombegrenzungsventil regelt beispielsweise in einem Otto-Motor die Gasströmung, bzw. den Druckunterschied zwischen dem belüfteten Kurbelgehäuse oder Kurbelraum 1 und dem Ansaugtrakt B. Durch das Ventil wird das Gas aus dem Kurbelgehäuse über den Ansaugtrakt 8 in den Brennraum geleitet, aber auch vermieden, dass ein hoher Unterdruck während des Teillastbetriebes im Ansaugtrakt 8 in das Kurbelgehäuse durchschlägt.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Gas- und Druckregelung mit definiertem Ventilkennfeld bei geringem Bauraum zur Verfügung gestellt. Mit wenigstens einem Federblech 3 wird der durchströmte Querschnitt der Öffnung 6 zwischen dem Kurbelraum 1 und dem Ansaugtrakt 8 reduziert und damit die Gasströmung und das Druckgefälle geregelt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass nur ein bewegliches Bauteil, nämlich das Federblech 3 vorliegt.
Das Federblech 3 dient der Regelung des durchströmten Querschnittes. Das Federblech 3 kann beispielsweise im Bereich des Kurbelraums 1 unter einer definierten Vorspannung 4 verbaut sein, um den Weg der Gasströmung durch die Öffnung 6 freizugeben. Steigt das Druckgefälle durch einen stärkeren Ansaugdruck, so bewegt sich das Federblech 3 auf die Wand des Gehäuses 2 zu bis hin zu dem Punkt, dass die Öffnung 6 vollständig verschlossen ist.
In den 1 und 2 wird ein erfindungsgemäßes Volumenstrombegrenzungsventil mit Regelfunktion, vorzugsweise zur Be- oder Entlüftung dargestellt, das in einer Brennkraftmaschine, beispielsweise in einem Gehäuse 2 zwischen einem Kurbelraum 1 eines Kurbelgehäuses und einem Ansaugtrakt 8 verbaut ist, welches bei steigendem Druckunterschied zwischen den beiden durch das Ventil verbundenen Räumen 1 und 8 einen ebenfalls zunächst steigenden Volumenstrom aufweist. Der Niederhalter 7 sorgt dafür, dass sich das Federblech 3 in Ruhestellung nur bis zu einem oberen Lagepunkt bewegen kann, wenn dieses sich im Ruhezustand befindet. Dadurch wird auch der Schaltpunkt des Ventils gesetzt.
In 3 wird der Druckverlauf bzw. der Druckverlust in Abhängigkeit vom Volumenstrom des Blow-by-Gases dargestellt. Mit steigendem Druckverlust steigt zunächst der Volumenstrom V im Bereich 11 auf ein Maximum 10 an. Hier schaltet jetzt das Federblech 3. Bei einem definierten, höheren Druckverlust im Bereich 12 der 3 nach Verlassen des Bereichs 11 verringert das Ventil den Querschnitt des Öffnungsspalts 6 so, dass auch bei weiter steigendem Druckunterschied der Volumenstrom wieder reduziert wird, wobei die verbleibende Öffnung 5a, 5b davon unbeeinflusst ist. Steigt der Druckverlust weiter nach dem Verschließen der Öffnung 6 weiter, so kann das Gas nur durch die Öffnung 5a, 5b strömen. Da der Querschnitt der Öffnung 5a, 5b aber konstant ist, wird der Volumenstrom begrenzt.
Während in den 1 und 2 das Federblech die konstante Öffnung 5a aufweist, wird in 4 und 5 die konstante Öffnung über ein Loch 5b im Gehäuse 2 dargestellt.
Abweichend zu ähnlich funktionierenden Ventilen wird bei dem erfindungsgemäßen Volumenstrombegrenzungsventil die Regelfunktion also über wenigstens ein Federblech 3 dargestellt, welches bei steigendem Druckverlust (vom Bereich 11 über 12 und 13 in 3) wenigstens eine Öffnung 6 beziehungsweise einen entsprechenden Spalt verkleinert und über eine mögliche Vorspannung, beispielsweise über eine Blechanlage 4 am Gehäuse 2 und gegebenenfalls zusätzliche Niederhalter 7 den Umschaltbereich 12 auf das niedrigere Volumenstromniveau 13 einstellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Volumenstrombegrenzungsventil dadurch gekennzeichnet, dass es stromabwärts der Öffnungen 5a, 5b im Ansaugtrakt 8 wenigstens eine Strömungsbarriere 9 zur Umleitung des Gasstroms aufweist. Dadurch kann die Abscheidung von Öl aus einem Blow-by-Gas in den erfindungsgemäßen Aufbau integriert werden. Die Ölabscheidung wird also hier separat angeordnet und ist nicht unmittelbarer oder notwendiger Bestandteil des Ventils, jedoch bevorzugter Bestandteil des erfindungsgemäßen Konzepts und führt hier zu einer Abscheidung der Öltröpfchen aus dem Blow-By-Gas vom Kurbelgehäuse.
In den 6 bis 9 werden entsprechend den 1 bis 4 analoge erfindungsgemäße Volumenstrombregrenzungsventile dargestellt, die sich von diesen Fig. lediglich durch die Anwesenheit der zusätzlichen Strömungsbarriere 9 unterscheiden. Durch die erzwungene Richtungsänderung des Gasstroms scheiden sich hier Öltröpfchen ab, die dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine wieder zugeführt werden können. Während 7 die geschlossene Position der 6 zeigt, wird in der 9 die geschlossene Position der 8 dargestellt. Mit dem Federblech 3 wird auch hier der durchströmte Querschnitt der Öffnung 6 und damit die Gasströmung und das Druckgefälle geregelt. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt die Tröpfchen, die bei Umlenkung insbesondere gegen ein Vlies oder eine Wand 9 prallen und dort anhaften. Das Aerosol aus dem Kurbelraum 1, welches in der Regel ein Gemisch (beispielsweise Blow-By) aus Gas und Luft sowie Schwebeteilchen (beispielsweise Öltröpfchen) darstellt soll nach Möglichkeit ohne Ölanteile dem Ansaugtrakt 8 und damit der Verbrennung wieder zugeführt werden. Das Aerosol durchströmt das erfindungsgemäße Volumenstrombegrenzungsventil durch die im Verhältnis geringen Querschnitte der Öffnungen 5a, 5b. Durch die Querschnittsverminderung der freien Weglänge steigt die Strömungsgeschwindigkeit und die Schwebeteilchen werden beschleunigt. Kurz hinter der Gehäuseöffnung, die den Kurbelraum 1 von dem Ansaugtrakt 8 trennt, ist die Strömungsbarriere 9 lokalisiert, welche beispielsweise angeströmt oder durchströmt wird und den Gasstrom umlenkt. Durch die Trägheit der Tröpfchen im Aerosol prallen diese gegen die Barriere 9 und werden somit zum größten Teil vom Gasstrom getrennt bzw. abgeschieden.
Die charakteristische Druckverlust/Volumenstromkurve gemäß der 10 entspricht daher der der 3, so dass die Bereiche 14, 15 und 16 denen der Bereiche 11, 12 und 13 der 3 entsprechen.
In der 11 ist der erfindungsgemäße Volumenstrombegrenzungsventil gemäß der 1 dreidimensional dargestellt. Die Bezugszeichen entsprechen sich. Hierbei ist erkennbar, dass es sich bei den Öffnungen 6 nicht um lokale Öffnungen, sondern um einen Reinigungsspalt handelt. Das kreisringförmige Federblech 3 verschließt somit diesen Reinigungsspalt 6.

Claims

Volumenstrombegrenzungsventil mit Regelfunktion zur Kurbelgehäuseentlüftung einer Brennkraftmaschine in einem Gehäuse (2) zwischen einem Kurbelraum (1) eines Kurbelgehäuses und einem Ansaugtrakt (8) mit wenigstens zwei Öffnungen (5a, 5b, 6) zwischen dem Kurbelraum (1) und dem Ansaugtrakt (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt wenigstens einer ersten Öffnung (5a, 5b) im Wesentlichen konstant ist und der Querschnitt wenigstens einer zweiten Öffnung (6) durch wenigstens ein Federblech (3) überspannt ist, das Federblech (3) durch die zweite Öffnung (6) zunächst bei steigendem Druckunterschied zwischen dem Kurbelraum (1) und dem Ansaugtrakt (8) einen Volumenstrom freigibt, bei einem definierten hohen Druckgefälle schaltet und das Federblech (3) den Querschnitt der zweiten Öffnung (6) so verringert und letztendlich schließt, dass auch bei weiter steigendem Druckunterschied der Volumenstrom über die erste Öffnung (5a, 5b) lokalisiert und auf einem niedrigeren Niveau begrenzt ist.
Volumenstrombegrenzungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federblech (3) mit einer Vorspannung (4) durch einen Niederhalter (7) in dem Gehäuse (2) befestigt ist.
Volumenstrombegrenzungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es stromabwärts der Öffnungen (5a, 5b, 6) im Ansaugtrakt (8) eine Strömungsbarriere (9) zur Umleitung des Gasstroms aufweist.
Volumenstrombegrenzungsventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbarriere (9) ein Vlies und/oder eine Prallwand umfasst, welches beziehungsweise welche Schwebeteilchen, wie z.B. Öltröpfchen, aus dem Gasstrom separiert beziehungsweise separieren.