DE102018216737A1

DE102018216737A1 - Ventil, Ölabscheider sowie Entlüftungssystem

Info

Publication number: DE102018216737A1
Application number: DE102018216737.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Schiele; Yagiz Yaman
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-04-04
Also published as: US20190120098A1; DE202017105964U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, einen Ölabscheider, sowie ein Entlüftungssystem. Diese werden insbesondere in Verbrennungsmotoren eingesetzt, beispielsweise zur Abscheidung von Ölnebel oder Öltröpfchen aus Blow-By-Gasen (Kurbelgehäusegasen). Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Ventil, das beispielsweise als Bypass-Ventil in einem Entlüftungssystem eingesetzt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil, einen Ölabscheider, sowie ein Entlüftungssystem. Diese werden insbesondere in Verbrennungsmotoren eingesetzt, beispielsweise zur Abscheidung von Ölnebel oder Öltröpfchen aus Blow-By-Gasen (Kurbelgehäusegasen). Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Ventil, das beispielsweise als Bypass-Ventil in einem Entlüftungssystem eingesetzt werden kann.
Insbesondere bei Verbrennungsmotoren ist es erforderlich, die Blow-By-Gase gesichert aus dem Kurbelgehäuse bzw. der Ölwanne abzuführen. Dies erfolgt üblicherweise, indem die Blow-By-Gase in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zurückgeführt werden und anschließend gemeinsam mit dem Kraftstoffgemisch verbrannt werden. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Blow-By-Gase nicht in die Umwelt abgegeben werden.
Die Blow-By-Gase enthalten Ölnebel oder Öltröpfchen, die vor der Rückführung der Blow-By-Gase in den Ansaugtrakt aus den Blow-By-Gasen abgeschieden werden. Hierzu ist in dem Entlüftungssystem üblicherweise ein Ölabscheider angeordnet. Es ist erforderlich und gesetzlich vorgeschrieben, dass die Entlüftung des Kurbelgehäuses in jedem Betriebszustand des Verbrennungsmotors gesichert ist. Auch im Falle einer Verstopfung oder Versottung des Ölabscheiders und/oder besonderen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors ist sicherzustellen, dass die Blow-By-Gase aus dem Kurbelgehäuse in den Ansaugtrakt geführt werden. Daher werden üblicherweise für diesen Fall Bypass-Ventile vorgesehen, die einen Bypass um den Ölabscheider freigeben, wenn der Ölabscheider verstopft oder versottet oder anderweitig nicht voll funktionsfähig sein sollte beziehungsweise eigenständig nicht für eine gesicherte Entlüftung des Kurbelgehäuses sorgen kann. Werden hierfür einfache Ventile in den Bypass eingesetzt, so wird das Blow-By-Gas weitgehend ungereinigt in den Ansaugtrakt geführt.
Daher wird gegebenenfalls zusätzlich zu dem Ventil im Bypass ein weiterer Ölabscheider angeordnet. Die Gestaltung des Bypasses ist folglich kostenaufwändig.
Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe macht, ein Ventil zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig ist und zugleich eine Ölabscheidefunktion zur Verfügung stellt. Außerdem soll die vorliegende Erfindung einen Ölabscheider und ein Entlüftungssystem zur Verfügung stellen, in denen sowohl die Ventilfunktion, als auch eine Ölabscheidefunktion im Bypass kostengünstig realisiert wird.
Diese Aufgabe wird durch das Ventil nach Anspruch 1, den Ölabscheider nach Anspruch 19 sowie das Entlüftungssystem nach Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventils, des erfindungsgemäßen Ölabscheiders sowie des erfindungsgemäßen Entlüftungssystems werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Das erfindungsgemäße Ventil weist in herkömmlicher Weise einen Ventilsitz mit einer Ventilöffnung und einem die Ventilöffnung umgebenden Ventilauflager zur Auflage eines Ventilverschlusses, z.B. eines Ventilplättchens, auf. In der Schließstellung des Ventils liegt der Ventilverschluss auf dem Ventillager auf und verschließt das Ventil. Zur Öffnung des Ventils hebt der Ventilverschluss von dem Ventillager ab und gibt die Ventilöffnung frei. Der Ventilverschluss ist Teil eines Ventiltellers. Er wird über mindestens einen Haltearm an einem Halteelement gehalten, wobei das Halteelement und der Ventilverschluss über den Haltearm miteinander federnd elastisch verbunden sind. Dies ermöglicht es dem Ventilverschluss zur Öffnung und Schließung des Ventils sich von dem Ventilauflager weg oder zu diesem hin zu bewegen.
Erfindungsgemäß ist nun der Ventilteller mit dem Halteelement, dem mindestens einen Haltearm und dem Ventilverschluss derart ausgebildet, dass zwischen mindestens zweien seiner Teile, nämlich dem Halteelement, dem mindestens einen Haltearm und dem Ventilverschluss, mindestens eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Dies gilt sowohl in der Geschlossen-Stellung, als auch in der Offen-Stellung des Ventils. Das Ventil weist nun erfindungsgemäß ein Abscheideelement auf, das zumindest in der Offen-Stellung des Ventils die Durchgangsöffnung durchgreift. Dieses Abscheideelement befindet sich folglich außerhalb der Ventilöffnung und umgibt zumindest teilweise das Ventilauflager.
In der Offenstellung des Ventils bildet sich folglich zwischen dem Ventilauflager und dem Ventilverschluss eine schlitzförmige Öffnung aus, so dass Gase durch die Ventilöffnung und diese schlitzförmige Öffnung von einer Seite des Ventils zur anderen Seite des Ventils strömen können. Beim Verlassen der schlitzförmigen Öffnung zwischen dem Ventilauflager und dem Ventilverschluss trifft zumindest ein Teil der durchströmenden Gase auf das sich radial außerhalb befindende Abscheideelement. An diesem werden dann Ölnebel oder Öltröpfchen aus den auftreffenden Gasen abgeschieden. Durch das Abscheideelement wird also im Ventil zusätzlich zu der Ventilfunktion auch eine Ölabscheidefunktion realisiert.
Erfindungsgemäß können nun ein oder mehrere Abscheideelemente vorgesehen sein, wobei vorteilhafterweise das eine oder mehrere der Abscheideelemente den Ventilsitz vollständig längs dessen Umfang umgeben. In diesem Falle wird der überwiegende Anteil der Gase von dem Ventilverschluss auf die Abscheideelemente gelenkt, so dass für die gesamten durch das Ventil strömenden Gase eine Ölabscheidefunktion sichergestellt ist.
Die Abscheideelemente können die Durchgangsöffnungen zwischen dem Ventilverschluss und dem Halteelement auch im geschlossenen Zustand des Ventils durchgreifen, es genügt jedoch, wenn sie dies zumindest in der Offen-Stellung des Ventils tun. Vorteilhafterweise berühren sich dabei das/die Abscheideelemente und die Ränder der Durchgangsöffnungen nicht, so dass der Ventilverschluß reibungslos sich längs der Abscheideelemente bewegen kann.
Sind mehrere Haltearme zwischen dem Ventilverschluss und dem Halteelement vorgesehen, so können auch mehrere Durchgangsöffnungen ausgebildet werden. In jeder der Durchgangsöffnungen kann dann ein eigenes Abscheideelement oder auch jeweils mehrere Abscheideelemente angeordnet sein.
Sind die Haltearme spiralförmig um den Ventilverschluss angeordnet, ergeben sich spiralförmige Durchgangsöffnungen. Vorteilhafterweise können die Haltearme in der Ebene des Ventilverschlusses gesehen in radialer Richtung einander überschneiden, so dass bei analoger Betrachtung (d.h. in radialer Richtung) auch die Durchgangsöffnungen einander überlappen. In diesem Falle können auch die in den Durchgangsöffnungen vorgesehenen Abscheideelemente einander, in dieser radialen Richtung gesehen, überlappen, so dass der Ventilverschluss in radialer Richtung gesehen vollständig von Abscheideelementen umgeben ist. Der Strömungsweg zumindest des überwiegenden Anteils der das Ventil durchströmenden Gase führt dann zuerst zu den Abscheideelementen und dann seitlich zwischen den Abscheideelementen hindurch und/oder in axialer Richtung an den Abscheideelementen entlang. Er ist also labyrinthförmig ausgestaltet, so dass die Abscheideelemente Prallabscheider in Form eines Labyrinthabscheiders bilden.
Die Abscheideelemente selbst können einzeln, mehrere oder sämtlich als Prallelemente, insbesondere als Prallplatten ausgebildet sein. Sind mehrere Abscheideelemente vorhanden, können diese unterschiedlich ausgestaltet sein, z.B. mit unterschiedlicher Höhe, Wandstärke, Länge (d.h. entlang einer Durchgangsöffnung) und hinsichtlich der Länge ihres Überlapps mit benachbarten Abscheideelementen. Es ist auch möglich, die Abscheideelemente aus offenporigem oder gitterförmigem Material oder mit einer offen- oder geschlossenporigen oder gitterartigen Oberfläche auszustatten. Sämtliche Formen herkömmlicher Prallabscheideelemente sind hier möglich.
Die Abscheideelemente können einstückig mit dem Ventilsitz ausgebildet sein oder formschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Ventilsitz verbunden sein. Es ist beispielsweise möglich, die Abscheideelemente separat herzustellen und über eine Steckverbindung mit dem Ventilsitz zu verbinden. Zugleich ist es jedoch auch möglich, Ventilsitz und Abscheideelemente gemeinsam einstückig zu fertigen. Bei geeigneter Ausgestaltung der Abscheideelemente ergeben sich für die einstückige Ausbildung des Ventilsitzes und der Abscheideelemente keine Hinterschneidungen, so dass beispielsweise Spritzgussverfahren eingesetzt werden können.
Die Abscheideelemente können jedoch auch in einem separaten Element gelagert werden, beispielsweise stromabwärts der durch das Ventil fließenden Gase.
Zur Stabilisierung können die Abscheideelemente auch miteinander verbunden werden, beispielsweise durch Stege oder dergleichen.
Wenn die Haltearme den Ventilverschluss spiralförmig umgeben, so erfolgt beim Öffnen des Ventils und dem Abheben des Ventilverschlusses von dem Ventilsitz eine Verdrehung des Ventilverschlusses um seine zur Ebene des Ventilverschlusses senkrechte Mittelachse bzw. zur Mittelachse der Ventilöffnung. Dies kann berücksichtigt werden, indem die seitlichen Kanten der Abscheideelemente derart abgeschrägt sind, dass die seitlichen Kanten der Abscheideelemente bei einer derartigen, sich drehenden Öffnungsbewegung des Ventilverschlusses einen während der Bewegung gleichen oder ähnlichen Abstand zu den Enden der Durchgangsöffnungen einhalten. Dadurch ist sichergestellt, dass der Ventilteller und die Abscheideelemente einander nicht berühren, selbst wenn der Ventilverschluss sich beim Öffnen und Schließen um seine Mittelachse verdreht. Selbstverständlich können die Abscheideelemente jedoch auch von vornherein hinreichend schmal ausgebildet sein, damit sie in keinem Betriebszustand des Ventils mit dem Ventilteller in Berührung kommen. Eine Vermeidung von Berührungen der Abscheideelemente mit dem Ventilteller ist erforderlich, um eine reibungsfreie Bewegung des Ventilverschlusses beim Öffnen und Schließen des Ventils zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Ventil realisiert also nicht nur eine Ventilfunktion, sondern auch zusätzlich eine Abscheidefunktion, wie sie beispielsweise zur Abscheidung von Ölnebel oder Öltröpfchen aus Blow-By-Gasen erforderlich ist. Dieses Ventil ist kostengünstig herzustellen und insbesondere auf die Bedürfnisse im jeweiligen Anwendungsfalle leicht zu skalieren bzw. zu adaptieren, insbesondere bezüglich des Volumenstroms der zu schaltenden Gase, der zu beiden Seiten des Ventils herrschenden Druckverhältnisse, des zur Verfügung stehenden Bauraums, der Abscheideeffizienz für Ölnebel und Öltröpfchen, etc. Es ist auch möglich, mehrere derartige Ventile hintereinander oder parallel zueinander im zu schaltenden Gasstrom anzuordnen.
Das erfindungsgemäße Ventil eignet sich insbesondere als Bypassventil für einen Ölabscheider, so dass auch im Bypassstrom eine, wenn auch geringere Ölabscheidung stattfindet und damit auch zum Einsatz in einem Entlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor. Grundsätzlich ist das Ventil aber auch dazu geeignet, als alleiniges Ölabscheideelement eingesetzt zu werden, insbesondere wenn nur sehr wenig Bauraum zur Verfügung steht.
Im Folgenden werden Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines vorstehend beschriebenen Ventils, eines vorhergehend beschriebenen Entlüftungssystems, eines vorhergehend beschriebenen Verbrennungsmotors und/oder eines vorhergehend beschriebenen Ölabscheiders, beschrieben. Dieses Verfahren ist Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.
Ein solches Verfahren zur Herstellung eines solchen Ventils, Entlüftungssystems, Verbrennungsmotors und/oder Ölabscheiders kann gemäß einem ersten Aspekt z.B. wenigstens die folgenden Schritte umfassen:

- einstückige Herstellung eines Ventilauflagers und eines, mehrerer oder aller Abscheideelemente und
- anschließendes Anbringen eines Ventiltellers auf dem Ventilauflager bzw. einem Ventilsitz.

Es handelt sich also um ein Verfahren zur Herstellung eines Ventils eines Ölabscheiders oder eines Entlüftungssystems, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ventilauflager und eines, mehrere oder alle Abscheideelemente einstückig hergestellt werden und anschließend der Ventilteller auf dem Ventilsitz angebracht wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt weist das Verfahren zur Herstellung eines solchen Ventils, Entlüftungssystems, Verbrennungsmotors und/oder Ölabscheiders beispielsweise zumindest die folgenden Schritte auf:

- getrennte Herstellung von Ventilauflager, Ventilteller und eines, mehrere oder alle Abscheideelemente und
- anschließendes Anbringen des Ventiltellers und des mindestens einen, vorzugsweise jedoch mehrerer und insbesondere aller Abscheideelemente auf dem Ventilsitz.

Es handelt sich also um ein Verfahren zur Herstellung eines Ventils, eines Ölabscheiders oder eines Entlüftungssystems, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ventilauflager, der Ventilteller und eines, mehrere oder alle Abscheideelemente getrennt hergestellt werden und anschließend der Ventilteller und die hergestellten Abscheideelemente auf dem Ventilsitz angebracht werden.
Gemäß einem dritten Aspekt erfolgt beim Verfahren zur Herstellung eines solchen Ventils, Entlüftungssystems, Verbrennungsmotors und/oder Ölabscheiders das Anbringen der Abscheideelemente auf dem Ventilsitz mittels einer formschlüssigen und/oder einer reibschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Steckverbindung.
Das Verfahren ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideelemente und das Ventilauflager mittels einer formschlüssigen und/oder einer reibschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Steckverbindung, miteinander verbunden werden.
Im Folgenden werden erfindungsgemäße Ventile, Ölabscheider und Entlüftungssysteme sowie Verfahren zu deren Herstellung beispielhaft beschrieben. Dabei werden in sämtlichen Beispielen gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen und ähnlichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung ggf. nicht wiederholt wird.
Die vorliegende Erfindung kann vielfältig weitergebildet werden. Die nachfolgenden Beispiele stellen Kombinationen unterschiedlicher vorteilhafter Weiterbildungen dar. Die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 1 kann jedoch auch durch einzelne Aspekte der hier im Zusammenhang dargestellten weiteren Ausgestaltungen und Weiterbildungen weitergebildet werden. Es sind auch beliebige Kombinationen derartiger Ausgestaltungen und Weiterbildungen möglich. Dies gilt sowohl für einzelne nachfolgende Beispiele, als auch Kombinationen verschiedener nachfolgender Beispiele.
Es zeigen

1 einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Entlüftungssystem;
2 ein erfindungsgemäßes Ventil in verschiedenen Darstellungen;
3 weitere Ventilteller erfindungsgemäßer Ventile;
4 ein weiteres erfindungsgemäßes Ventil;
5 verschiedene Ausgestaltungsformen von Abscheideelementen in erfindungsgemäßen Ventilen;
6 eine Darstellung der Verbesserung, die durch das erfindungsgemäße Ventil erzielt wird.

1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1 mit einem erfindungsgemäßen Entlüftungssystem.
Der Verbrennungsmotor 1 weist ein Kurbelgehäuse 3, einen Zylinderkopf 2 sowie eine Ventilhaube 4 auf. Der Ansaugtrakt 10 des Verbrennungsmotors weist einen Frischluftfilter 11, einen Verdichter 12 und eine Drosselklappe 13 auf, die über eine Ansaugleitung 14 mit den Abschnitten 14a und 14b miteinander verbunden und über den Abschnitt 14c mit einem Ansaugkrümmer 5 verbunden sind. Die Blow-By-Gase, die im Kurbelgehäuse 3 entstehen, werden über hier nicht in ihrem gesamten Verlauf dargestellte Entlüftungsleitungen zu einem Ölabscheider 20 geleitet. Der Ölabscheider 20 ist hier an der Ventilhaube 4 angeordnet und kann als Abschnitt einer Entlüftungsleitung betrachtet werden. Der Ölabscheider 20 weist ein Gehäuse 21 auf, das über eine Trennwand 23 in eine druckseitige Kammer 26 und eine saugseitige Kammer 27 aufgeteilt ist. In der Trennwand 23 ist ein Ölabscheider 22 angeordnet, über den im Normalfall die Blow-By-Gase von dem Kurbelgehäuse 3 zum Ansaugtrakt 10 geleitet werden. Hierzu ist die saugseitige Kammer 27 mit zwei Leitungen 24a und 24b mit der Ansaugleitung 14, insbesondere den Abschnitten 14a und 14c verbunden. Der Abschnitt 24a endet in dem Abschnitt 14a der Ansaugleitung vor dem Verdichter 12, während der Abschnitt 24b in den Abschnitt 14c der Ansaugleitung nach dem Verdichter und hier auch nach der Drosselklappe 13 endet. In beiden Leitungsabschnitten 24a und 24b sind Rückschlagventile 25a und 25b angeordnet.
Im Volllastbetrieb erzeugt der Verdichter 12 im Abschnitt 14a einen starken Unterdruck, so dass die Blow-By-Gase aus der saugseitigen Kammer 27 in den Abschnitt 14a geleitet werden. Im Leerlaufbetrieb ist die Drosselklappe 13 geschlossen, so dass im Abschnitt 14c ein starker Unterdruck herrscht. In diesem Falle werden die Blow-By-Gase aus der saugseitigen Kammer 27 über die Leitung 24b in die Ansaugleitung 14 geleitet.
In der Trennwand 23 ist ein Ölabscheider 22 angeordnet, der derart ausgestaltet ist, dass im normalen Betrieb eine hinreichende Abscheidung von Ölnebel und Öltröpfchen aus den Blow-By-Gasen gewährleistet. Weiterhin ist in der Trennwand 23 ein erfindungsgemäßes Ventil 30 angeordnet, das im Normalbetrieb im Schließzustand ist.
Das erfindungsgemäße Ventil 30 ist derart ausgestaltet, dass es im Fall, dass der Ölabscheider 22 nicht funktionsfähig ist (beispielsweise verstopft oder versottet ist) oder bei extrem hohen Volumenströmen an Blow-By-Gas, die der Ölabscheider allein nicht passieren lassen kann, öffnet und die Blow-By-Gase von der druckseitigen Kammer 26 zur saugseitigen Kammer 27 durchlässt. Das erfindungsgemäße Ventil gewährleistet dabei zugleich eine grundlegende Abscheidung von Ölnebel und Öltröpfchen aus den Blow-By-Gasen in seinem geöffneten Zustand. Dadurch wird verhindert, dass vollständig ungereinigte Blow-By-Gase in die Ansaugleitung 14 geleitet werden.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil in verschiedenen Ansichten. In 2A ist eine Aufsicht von oben auf das Ventil 30 noch ohne Ventilverschluss dargestellt. Das Ventil 30 weist einen Ventilsitz 32 auf, der mit einer Grundplatte 40 sowie einen ringförmig aus der Grundplatte 40 in Richtung des Betrachters aus der Grundplatte 40 hervorstehenden Ventilauflager 33 versehen ist. Dieses Ventilauflager ist ein umlaufend geschlossener Steg. Benachbart zu dem Steg steht aus der Grundplatte 40 eine Anzahl von Abscheideelementen 39a bis 39c hervor, wobei die Höhe der Abscheideelemente 39a bis 39c über die Grundplatte 40 größer ist als die Höhe des Steges bzw. Ventilsitzes 32.
Das Ventillager umgibt eine Ventilöffnung 31. Es ist seinerseits gemeinsam mit den Abscheideelementen 39a bis 39c von einem ebenfalls stegförmig in Richtung des Betrachters aus der Grundplatte 40 hervorragenden Haltebereich 41 umgeben.
2B zeigt eine seitliche Ansicht des Ventils aus 2A. Die Abscheideelemente 39a bis 39c umgeben in überlappender Weise das Ventilauflager 33 in radialer Richtung vollständig. Ist auf dem Ventilauflager 33 in hier nicht dargestellter Weise ein Ventilverschluss angeordnet und bildet sich zwischen dem Ventilverschluss und dem Ventilauflager 33 ein ringförmiger Spalt zur Durchströmung mit Gasen, so werden diese in radialer Richtung abgelenkt und auf die Abscheideelemente 39a bis 39c gelenkt. Diese bilden dabei Prallabscheideplatten. Weiterhin erfolgt an den Abscheideelementen 39a bis 39c eine seitliche Ablenkung, so dass die Gase sowohl in Betrachtungsrichtung nach oben, als auch seitlich zwischen den Abscheideelementen hindurchfließen können. Beim seitlichen Abfließen wird den Gasen weiterhin eine kreisförmige Bewegung aufgeprägt, so dass auch eine Zentrifugalabscheidefunktion realisiert wird.
2C zeigt eine Schnittansicht des Ventils, soweit es in den zwei 2A und 2B dargestellt ist. Die Abscheideelemente 39a und 39c sind einstückig mit dem Ventilsitz 32 und der Grundplatte 40 hergestellt und verbunden. Da sämtliche Stege 32, 39a bis 39c und 41 senkrecht zur Ebene der Grundplatte 40 parallel aufragen, weist dieses in 2C dargestellte Element keine Hinterschneidungen auf und kann daher kostengünstig, beispielsweise im Spritzgussverfahren, hergestellt werden. Das einteilige Bauteil besteht hier aus glasfaserverstärktem PA 6.6. Der Durchmesser d₃₁ der Ventilöffnung beträgt 15 mm, während der Abstand d₃₉ der Prallabscheideplatten 39a und 39c 20 mm beträgt. Die Prallabscheideplatten 39a und 39c sind jeweils rechteckig und weisen beide einen konstanten Überstand h₃₉ über die Grundplatte von 11 mm auf. Der Überstand h₃₂ des umlaufenden Steges 32 beträgt 5,8 mm, der h₄₁ der Stege des Haltebereichs 41 2,8 mm.
2D zeigt dasselbe Ventil, wobei nunmehr auch der Ventilteller 34 dargestellt ist, in Seitenansicht. Dieser weist ein Halteelement 36 auf, das sich längs des Haltebereichs 41 erstreckt und mit diesem verbunden ist. Ausgehend von diesem Halteelement 36 erstrecken sich nach innen spiralförmige Haltearme 37a bis 37c, die in den Ventilverschluss 34 übergehen.
2E zeigt den Ventilteller 34, der hier insgesamt als Stanzteil aus einem 0,15 mm starken Federstahlblech hergestellt ist, in senkrechter Aufsicht. Am Außenumfangsrand des Ventiltellers 34 befindet sich das umlaufende Halteelement 36. Mittig ist der Ventilverschluss 35 angeordnet. Ventilverschluss 35 und Halteelement 36 sind über federelastische Haltearme 37a bis 37c miteinander verbunden. Die Haltearme sind spiralförmig angeordnet, so dass bei entsprechenden Druckverhältnissen der Ventilverschluss 35 aus der Zeichnungsebene abheben kann. Aufgrund der spiralförmigen Gestaltung der Haltearme 37a und 37c wird er sich dabei jedoch auch um seine zur Zeichnungsebene senkrechte Mittelachse verdrehen.
Zur Ausbildung der Haltearme 37a bis 37c sind zwischen den Haltearmen Durchgangsöffnungen 38a bis 38c ausgebildet. Diese Durchgangsöffnungen 38a bis 38c nehmen nun die in den vorigen Teilfiguren dargestellten Abscheideelemente 39a bis 39c auf. Die Abscheideelemente und die Durchgangsöffnungen sind dabei derart dimensioniert, dass sie sich nicht berühren und folglich der Ventilverschluss 35 reibungsfrei aus der Zeichnungsebene in 2E abheben kann.
3A zeigt einen weiteren Ventilteller 34 eines erfindungsgemäßen Ventils.
Dieser weist ein Halteelement 36 mit einer Durchgangsöffnung 36' für Befestigungselemente, beispielsweise Stifte, Nieten oder Schrauben, auf. Ausgehend von diesem Halteelement 36 erstreckt sich ein einzelner Haltearm 37 spiralförmig nach innen zulaufend bis zu dem Ventilverschluss 35. Zwischen Ventilverschluss 35 und Haltearm 37 bildet sich eine ebenfalls spiralförmig umlaufende Durchgangsöffnung 38 aus, in der ein entsprechend ausgebildetes Abscheideelement angeordnet werden kann. Dieses Abscheideelement kann sich vom inneren Ende der Durchgangsöffnung 38 längs des gesamten Umfangs des Ventilverschlusses 35 erstrecken und folglich den Ventilverschluss 35 einstückig vollständig umgeben. Es kann dabei über die Durchgangsöffnung 38 hinaus reichen.
Bei Ausgestaltung eines Ventils in dieser Weise kann ausgehend von dem im Offenzustand des Ventils vorliegenden schlitzförmigen Durchgang zwischen dem Ventilauflager und dem Ventilverschluss 35 das Gas in radialer Weise auf das in der Durchgangsöffnung 38 angeordnete Abscheideelement strömen und wird von dort in eine zur Lagenebene des Ventilverschlusses 35 parallele, zirkulär umlaufende Bewegung abgelenkt. Die Verwendung eines derartigen Ventiltellers 34 und eines entsprechend der Durchgangsöffnung 38 ausgebildeten Abscheideelementes führt also zu Ausbildung eines zusätzlichen Ölabscheiders.
3B zeigt einen weiteren Ventilteller 34 eines erfindungsgemäßen Ventils 30, ähnlich dem in 2E dargestellten Ventilteller. Allerdings ist bei dem Ventilteller der 3B der Außenrand des Ventiltellers 34 mit Arretierungszähnen 44 versehen, die in eine ringförmige Einrastgeometrie außerhalb des Haltebereichs 41 des Ventils 30 einrasten können. Die Zähne 44 werden also beim Abheben und Schließen des Ventiltellers in Abhebe- und Schließrichtung von der Einrastgeometrie geführt. Die Arretierung verhindert damit ein (übermäßiges) Verdrehen des Ventiltellers bei Öffnung des Bypass-Ventils. Die Anzahl und Breite der Arretierungszähne 44 ist dabei variabel, bzw. kann zur Auslegung des Ventils optimiert werden.
In 3C ist ein Ventilteller 34 dargestellt, ähnlich demjenigen in 3B. Statt der Zahnung am Außenrand weist der Ventilteller 34 nun Durchgangsöffnungen 36' auf, in die Führungselemente, z. B. Stifte, Nieten oder Schrauben, eingreifen können. Diese Führung der Durchgangsöffnungen 36' in 3C verhindern ebenfalls ein Verdrehen des Ventiltellers 34 beim Öffnen oder Schließen des Ventils.
In 3D ist ein weiterer erfindungsgemäßer Ventilteller 34 dargestellt. Bei diesem sind diese Durchgangsöffnungen 36' in halbrunden Laschen 50 angeordnet, die vom Umfangsrand des Ventiltellers 34 hervorragen.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Ventils im Querschnitt. Grundsätzlich ist dieses Ventil so ausgebildet wie in 2. Allerdings sind die Abscheideelemente 39a bis 39c nicht einstückig mit der Grundplatte 40 und dem Ventilsitz 32 ausgebildet. Vielmehr sind sie nunmehr an einem Element 43 befestigt, das sich stromabwärts des Gasstroms befindet. Ausgehend von diesem Element 43 ragen die Abscheideelemente 39a bis 39c in Richtung der Grundplatte 40 und treten dabei in gleicher Weise wie in 2 durch Öffnungen zwischen dem Ventilverschluss 35, den Haltearmen 37 und dem Halteelement 36/Haltebereich 41.
5 zeigt seitliche Ansichten auf verschiedene Ausgestaltungen von Abscheideelementen 39.
In 5A ist ein rechteckiges Abscheideelement 39 dargestellt, wie es beispielsweise in 2B ebenfalls verwendet wird. Die Darstellung in 5 ist dabei eine Aufsicht und berücksichtigt nicht die Krümmung des Halteelementes 39 um die Mittelachse des Ventils 30. Diese Krümmung ist abhängig von der Krümmung der Haltearme und der Durchgangsöffnungen zwischen dem Ventilverschluss, den Haltearmen und dem Halteelement und kann dementsprechend angepasst werden.
5B zeigt ein trapezförmiges Abscheideelement 39. Durch die Trapezform wird die Drehbewegung des Ventilverschlusses 35 beim Öffnen und Schließen des Ventils berücksichtigt, so dass die Enden der Durchgangsöffnungen 37 immer den gleichen Abstand zum Abscheideelement 39 einhalten können.
5C zeigt eine weitere Ausgestaltung des in 5b dargestellten trapezförmigen Abscheideelementes. Nunmehr sind die einander gegenüberliegenden Seitenflächen, die senkrecht aus der Grundplatte 40 aufragen, gekrümmt ausgestaltet, um die Drehbewegung des Ventilverschlusses noch genauer nachzubilden.
6 zeigt einerseits eine Messung des Druckverlustes durch das erfindungsgemäße Ventil in Abhängigkeit von dem durch das Ventil durchströmenden Volumenstrom (gestrichelte Linien, linke Skala). Es zeigt sich, dass ein zusätzlicher Druckverlust durch den zusätzlichen Einsatz von Abscheideelementen nur bei größeren Volumenströmen, hier bei mindestens 75 l/min, auftritt und weniger als 15% beträgt. Bei geringen Volumenströmen verringert sich der Druckverlust sogar, was auf zusätzliche Vibrationseffekte zurückgeführt werden kann.
Andererseits zeigt 6 eine Messung des x50-Wertes, d.h. der Partikelgröße, der kleinsten Partikel, die zu 50% abgeschieden werden (durchgängige bzw. strichpunktierte Linie, rechte Skala). Hier ist deutlich, dass durch Einsatz der Aufprallwände der x50-Wert zumindest bei Volumenströmen unterhalb von 82 l/min zumindest auf halb so große Partikel reduziert werden kann, insbesondere zwischen 40 und 70 l/min sogar deutlich weiter. Auch oberhalb von 82 l/min ist eine klare Reduktion des x50-Wertes gegeben, nämlich um mindestens 1/3.
Die Ölabscheidung wird somit durch ein erfindungsgemäßes Ventil deutlich verbessert, ohne dass es zu starken Steigerungen des Druckverlusts kommt.

Claims

Ventil (30) mit einem Ventilteller (34) mit einem Ventilverschluss (35), einem den Ventilverschluss (35) zumindest bereichsweise umgebenden Halteelement (36) für den Ventilverschluss (35) und mindestens einem Haltearm (37), der das Halteelement (36) und den Ventilverschluss (35) miteinander federnd elastisch verbindet, und einem Ventilsitz (32) mit einer Ventilöffnung (31) und einem die Ventilöffnung umgebenden Ventilauflager (33) zur Auflage des Ventilverschlusses (35) derart, dass in der Schließstellung des Ventils (30) der Ventilverschluss (35) auf dem Ventilauflager (33) aufliegt und das Ventil (30) verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltelement (36), der mindestens eine Haltearm (37) und der Ventilverschluss (35) derart ausgebildet sind, dass zwischen mindestens zweien der Teile des Ventiltellers (34) einschließlich des Haltelements (36), des mindestens einen Haltearmes (37) und des Ventilverschlusses (35) mindestens eine Durchgangsöffnung (38) ausgebildet ist, und das Ventil (30) mindestens ein Abscheideelement (39) aufweist, das derart angeordnet ist, dass es zumindest in Offenstellung des Ventils (30) die mindestens eine Durchgangsöffnung (38) durchgreift.
Ventil (30) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines, mehrere oder alle der Abscheideelemente (39) in jeder Stellung des Ventils (30) die mindestens eine Durchgangsöffnung (38) durchgreift.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilteller (34) mindestens zwei Haltearme (37a, 37b, 37c) und mindestens zwei Durchgangsöffnungen aufweist und in mindestens zwei der Durchgangsöffnungen (38a, 38b, 38c) jeweils mindestens ein Abscheideelement angeordnet ist.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines, mehrere oder alle Abscheideelemente (39) als Prallelement, insbesondere als Prallplatte, und/oder aus einem offen porösen Material oder mit einer offen oder geschlossen porösen und/oder gitterartigen Oberfläche ausgebildet sind.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein, mehrere oder alle Abscheideelemente (39) einstückig mit dem Ventilsitz (32) ausgebildet sind oder mittels Formschluss, Reibschluss und/oder Stoffschluss mit dem Ventilsitz (32), gegebenenfalls im Anschluss an die Fertigung der Abscheideelemente (33), verbunden sind.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein, mehrere oder alle Abscheideelemente (39) auf der dem Ventilsitz (32) abgewandten Seite des Ventilverschlusses (35) oder seitlich zum Ventilverschluss (35) gelagert sind.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein, mehrere oder alle Abscheideelemente (39) durch stegförmige Elemente, insbesondere kranzförmig, miteinander verbunden sind.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein, mehrere oder alle Abscheideelemente (39) als Prallplatten ausgebildet sind, die sich längs jeweils einer zugeordneten Durchgangsöffnung (38) erstrecken und deren dem Ventilverschluss (35) am geringsten beabstandetes Ende und gegebenenfalls auch deren dem Ventilverschluss (35) am weitesten beabstandetes Ende gegenüber der Bewegungsrichtung des Ventilverschlusses (35) beim Öffnen des Ventils (30) abgeschrägt ist.
Ventil (30) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeschrägte Ende einer Prallplatte (39) derart abgeschrägt ist, dass der Abstand zwischen dem Ende der Prallplatte (39) und dem benachbarten Ende der zugeordneten Durchgangsöffnung (38) beim Öffnen und/oder beim Schließen des Ventils (30) im Wesentlichen konstant bleibt oder sich zwischen der Offenstellung und der Schließstellung des Ventils (30) ändert.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei, mehrere oder alle Abscheideelemente (39) von dem Ventilverschluss (35) in radialer Richtung gesehen einander überlappen.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit der Abscheideelemente (39) sich von dem Ventilteller (34) in radialer Richtung gesehen, über den gesamten Umfang des Ventilverschlusses (35) erstrecken.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines, mehrere oder alle Abscheideelemente (39) flächig ausgebildet sind und sich ihre Fläche vorteilhafterweise im Wesentlichen oder vollständig senkrecht zur Lagenebene des Ventilverschlusses (35) und/oder im Wesentlichen oder vollständig in umlaufender Richtung um den Ventilverschluss erstreckt.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltearme (37) zwischen dem Halteelement (36) und dem Ventilverschluss (35) gekrümmt, insbesondere spiralförmig verlaufen, insbesondere mit vom Ventilverschluss (35) nach außen in radialer Richtung betrachtet konkaver Krümmung, und/oder mit entsprechend gekrümmt, insbesondere spiralförmig um den Ventilverschluss (35) umlaufenden Durchgangsöffnungen zwischen ihnen.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsrand des Ventilverschlusses (35) im Wesentlichen eine abgerundete Form aufweist.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilauflager (33) als längs des Randes der Ventilöffnung (31) umlaufender Steg bzw. Kragen ausgebildet ist.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stellen der Durchdringung der Durchgangsöffnungen (38) mit einem Abscheideelement (39) die lichte Weite der Durchgangsöffnungen (38) in jedem Ventilzustand größer ist als die Dicke der Abscheideelemente (39), vorteilhafterweise dass die Abscheideelemente (39) zu den Rändern der Durchgangsöffnungen (38) einen vorbestimmten Abstand aufweisen.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilverschluss (35) aus Federstahl, insbesondere Federstahl mit Werkstoffnummer 1.4310 und/oder Kunststoff, insbesondere faserverstärktem, vorzugsweise glasfaserverstärktem PA (Polyamid), PPS (Polyphenylensulfid), PPA (Polyphthalamid), PI (Polyimid), PEI(Polyetherimid), PAI (Polyamidimid), PEEK (Polyetheretherkenton), PSU (Polysulfon) und/oder LCP (Liquid-Crystal Polymer) besteht oder diesen aufweist.
Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (32) aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem, vorzugsweise glasfaserverstärktem PA (Polyamid), PPS (Polyphenylensulfid), PPA (Polyphthalamid), PI (Polyimid), PEI (Polyetherimid), PAI (Polyamidimid), PEEK (Polyetheretherketon), PSU (Polysulfon) und/oder LCP (Liquid-Crystal Polymer) besteht oder diesen aufweist.
Ölabscheider (20) zur Abscheidung von Öltröpfchen oder Ölnebel aus zu reinigendem Gas, insbesondere aus Blowby-Gasen, mit mindestens einem Ölabscheideelement (22), das von dem zu reinigenden Gas durchströmbar ist, gekennzeichnet durch ein Ventil (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Bypassventil (30) zu dem Ölabscheideelement (22).
Entlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) mit einem Ansaugtrakt, einem Kurbelgehäuse (3) mit einer Entlüftungsleitung (14) von dem Kurbelgehäuse zu dem Ansaugtrakt (10), dadurch gekennzeichnet, dass in der Entlüftungsleitung ein Ölabscheider nach Anspruch 19 angeordnet ist.
Entlüftungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) mit einem Ansaugtrakt, einem Kurbelgehäuse (3) mit einer Entlüftungsleitung (14) von dem Kurbelgehäuse zu dem Ansaugtrakt, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungsleitung einen zweiten Ölabscheider sowie eine Bypassleitung mit einem Ventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.