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Die
Erfindung betrifft ein Druckregelventil, insbesondere für den Einbau
in der Entlüftungsleitung
in einer Brennkraftmaschine zwischen dem Kurbelgehäuse und
dem Ansaugrohr der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Derartige
Druckregelventile werden in der Entlüftungsleitung zwischen Kurbelgehäuse und
dem Ansaugrohr bzw. einem Luftfilter eingebaut. Auch der Einbau
in der Entlüftungsleitung
eines Kraftstofftanks kann vorteilhaft sein. Aus der
DE 40 22 129 C2 ist ein Druckregelventil
für den
Einbau in eine Entlüftungsleitung
einer Brennkraftmaschine bekannt, das den Druck im Kurbelgehäuse der
Brennkraftmaschine auf einen geringen Unterdruck regelt. Der Unterdruck
im Kurbelgehäuse
soll über
einen weiten Bereich des Unterdrucks im Ansaugrohr möglichst
konstant sein. Hierzu sind bei dem Druckregelventil nach der
DE 40 22 129 C2 zwei
Ventile für
unterschiedliche Druckbereiche gekoppelt. Die Ventile unterscheiden
sich dabei in der Federkraft, die der Auslenkung der Membran entgegenwirkt
und in der Querschnittsfläche
der Einströmöffnung in
den Abflußstutzen.
Bei sinkendem Druck im Ansaugrohr steigt der Druck im Kurbelgehäuse zunächst an,
bis das zweite Ventil zum Einsatz kommt. Daraufhin erfolgt ein Druckabfall
im Kurbelgehäuse,
auf den bei weiterem Absinken des Drucks im Ansaugrohr ein erneuter
Druckanstieg folgt. Beim Übergang
vom Regelbereich des ersten zum Regelbereich des zweiten Ventils
ergibt sich eine relativ starke Schwankung des Kurbelgehäusedrucks.
Gleichzeitig ist der Aufbau des Druckregelventils nach der
DE 40 22 129 C2 aufwendig.
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Aus
der
DE 697 10 199
T2 ist ein Ventil für den
Einbau in die Entlüftungsleitung
einer Brennkraftmaschine zwischen dem Kurbelgehäuse und einem Ansaugrohr bekannt,
mit einem Gehäuse,
in dem zwei durch eine Membran fluiddicht getrennte Kammern ausgebildet
sind. Durch die Form des Ventilelements nimmt der Strömungsquerschnitt
der Einströmöffnung in
den Abflußstutzen
bei zunehmender Auslenkung kontinuierlich ab.
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Es
sind ferner aus der
DE
44 16 119 A1 und der
DE 42 12 968 C2 Druckregelventile zu entnehmen,
insbesondere für
den Einbau in der Entlüftungsleitung
einer Brennkraftmaschine zwischen dem Kurbelgehäuse und einem Ansaugrohr, mit
einem Gehäuse,
in dem zwei durch eine Membran fluiddicht getrennte Kammern ausgebildet
sind. In der ersten Kammer herrscht ein Referenzdruck. Die zweite Kammer
weist einen Zuflußstutzen
auf, wobei eine Membran durch einen Differenzdruck zwischen der Referenzkammer
und der weiteren Kammer ausgelenkt wird und unterhalb einer vorgegebenen
Auslenkung der Membran die Einströmöffnung in einen Abschlußstutzen
geöffnet
und bei Überschreiten
der vorgegebenen Auslenkung die Einströmöffnung verschlossen wird.
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Es
ist ferner aus der
DE
696 01 135 T2 ein Überrollentlüftungsventil
für einen
Kraftstofftank bekannt, welches über
eine besondere Öffnungsvorrichtung
bzw. eine Schließvorrichtung
verfügt.
Allerdings ist dieses Ventil für die
Lüftungsleitung
einer Brennkraftmaschine zwischen dem Kurbelgehäuse und einem Ansaugrohr nicht
anwendbar.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Druckregelventil der gattungsgemäßen Art
mit günstiger
Regelcharakteristik und einfachem Aufbau zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Druckregelventil mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
kontinuierliche Abnahme des Strömungsquerschnitts
der Einströmöffnung bei
zunehmender Auslenkung der Membran, also bei zunehmendem Differenzdruck
in den beiden Kammern des Ventils, bewirkt ein Abflachen der Kennlinie.
Der Druck im Kurbelgehäuse
bleibt so auch bei großen Schwankungen
des Drucks im Ansaugrohr weitgehend konstant. Die kontinuierliche
Abnahme kann dabei linear erfolgen, es kann jedoch auch zweckmäßig sein,
die Abnahme des Strömungsquerschnitts gezielt
auf die herrschenden Druckverhältnisse
anzupassen. So kann beispielsweise der Druckabfall an anderen Bauteilen,
der druckabhängig
schwanken kann, durch eine nichtlineare Abnahme des Strömungsquerschnitts
ausgeglichen werden. Auch eine Anpassung an die unterschiedliche
Flexibilität
der Membran bei unterschiedlicher Auslenkung kann durch die Anpassung
der Abnahme des Strömungsquerschnitts
erfolgen. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, den
Druck in einem weiten Regelbereich nahezu konstant zu regeln. Zusätzliche
Ventile oder Federn, wie sie beim Stand der Technik erforderlich
sind, sind hierzu nicht nötig,
so daß sich
ein einfacher Aufbau des Druckregelventils ergibt. Für das Membranregelventil kann
eine Membran mit kleinem Durchmesser verwendet werden, so daß sich eine
geringe Baugröße ergibt.
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Gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, daß die
Membran eine flexible Dichtfläche
aufweist, die das Ventilelement bildet. Zusätzliche Bauteile sind so vermieden,
da die Membran selbst das Ventilelement bildet. Um eine kontinuierliche
Abnahme der Querschnittsfläche
der Einströmöffnung zu
erreichen, ist vorgesehen, daß der
Ventilsitz zur Dichtfläche
der Membran in unterschiedlichen Bereichen des Ventilsitzes unterschiedlichen
Abstand aufweist, wobei der Abstand von einem ersten zu einem zweiten
Bereich kontinuierlich zunimmt. Eine einfache Ausgestaltung ist
gegeben, wenn der Ventilsitz gegenüber der Auslenkungsrichtung
der Membran geneigt ist. Die Einströmöffnung wird so von der Membran
von der der Membran zugewandten Seite des Ventilsitzes ausgehend
verschlossen.
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Zweckmäßig bildet
der Abflußstutzen
im Bereich der Einströmöffnung einen
Ventilsitz, der von einem Ventilelement verschließbar ist.
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Eine
einfache Gestaltung des Druckregelventils ergibt sich, wenn zur Änderung
des Strömungsquerschnitts
in der Einströmöffnung ein
mit der Membran verbundenes Stellelement vorgesehen ist, das in
einem Bereich der Auslenkung der Membran in die Einströmöffnung ragt.
Der Bereich der Auslenkung kann sich dabei über den gesamten Regelbereich
oder nur über
einen Teilbereich erstrecken. Der Bereich liegt dabei zweckmäßig direkt
oberhalb der Auslenkung, bei deren Überschreiten die Einströmöffnung verschlossen
ist. Eine abrupte Änderung
zwischen geöffnetem
und geschlossenem Ventil ist dadurch vermieden. Die Querschnittsfläche des
Stellelementes nimmt zweckmäßig in Richtung
auf die Membran zu, wobei eine kegelstumpfförmige Ausbildung des Stellelements
vorteilhaft ist. Zum Verschließen
der Einströmöffnung ist
insbesondere eine mit der Membran verbundene Ventilplatte vorgesehen, die
das Ventilelement bildet. Eine einfache Ausgestaltung ergibt sich,
wenn die Ventilplatte am Stellelement angeformt ist.
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Um
die Regelcharakteristik den Gegebenheiten anzupassen, ist vorgesehen,
daß in
der Einströmöffnung ein
Regulierelement angeordnet ist, das den Querschnitt der Einströmöffnung teilweise abdeckt.
Die Querschnittsabnahme in der Einströmöffnung kann so unabhängig von
der Form der Einströmöffnung angepaßt werden.
Eine gute Regelcharakteristik ergibt sich, wenn das Regulierelement
in der Ebene der Einströmöffnung keilförmigen Querschnitt
hat.
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Um
eine kleine Bauform des Druckregelventils bei großem Regelbereich
zu erreichen, ist vorgesehen, daß die Membran federbelastet
ist, wobei die Federkraft der Auslenkung entgegenwirkt. Der Referenzdruck
in der ersten Kammer ist zweckmäßig Atmosphärendruck.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung eines Druckregelventils in einer
ersten Ausführungsvariante,
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2 eine
schematische Schnittdarstellung eines Druckregelventils in einer
weiteren Ausführungsvariante.
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1 zeigt
ein Druckregelventil 1, das einen Grundkörper 9 besitzt,
der mit einem Deckel 10 verschlossen ist. Der Grundkörper 9 und
der Deckel 10 bilden das Gehäuse 2 des Druckregelventils 1.
In dem Gehäuse 2 sind
eine erste Kammer 3 und eine zweite Kammer 4 ausgebildet,
die im wesentlichen durch eine Membran 8 voneinander getrennt
sind. Die Membran 8 ist in einer am Grundkörper 9 ausgebildeten
Ringnut 12 gehalten. Hierbei ragt ein am Umfang der Membran 8 ausgebildeter
Ringwulst 14 in die Ringnut 12. Der Ringwulst 14 ist
in der Ringnut 12 durch eine kreisförmige Erhöhung 15 gehalten, die
am Deckel 10 ausgebildet ist. In die zweite Kammer 4 mündet ein
Zuflußstutzen 5,
der beispielsweise eine fluidische Verbindung zum Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine
herstellen kann. Aus dem Gehäuse 2 führt ein
Abflußstutzen 6,
der über
eine Einströmöffnung 7 mit
der zweiten Kammer 4 verbunden ist. Der Abflußstutzen 6 erstreckt
sich etwa konzentrisch um die Mittelachse 16 vom Boden 21 des
Gehäuses 2 in
Richtung auf den Deckel 10. Der Abflußstutzen bildet an seinem ins
Gehäuse 2 ragenden Ende 22 einen
Ventilsitz 13.
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In
die Einströmöffnung 7 ragt
ein kegelstumpfförmig
ausgebildetes Stellelement 17, das mit der Membran 8 verbunden
ist. Der Fuß des
Kegelstumpfs ist dabei der Membran 8 zugewandt. Das Stellelement 17 ragt
in Ruhestellung der Membran 8 in die Einströmöffnung 7.
Es kann jedoch auch zweckmäßig sein,
daß in
Ruhestellung zwischen dem Stellelement 17 und der Einströmöffnung 7 ein Abstand
gebildet ist. Am Fuß des
Stellelements 17 ist eine Ventilplatte 18 angeformt,
die sich ring förmig
um die Mittelachse 16 erstreckt. Die Ventilplatte 18 wirkt mit
dem Ventilsitz 13 am Abflußstutzen 6 zusammen, wenn
das Ventil geschlossen ist. An der Ventilplatte 18 ist
ein in Richtung auf die Membran 8 versetzt angeordneter
Absatz 19 angeformt. Der Absatz 19 dient als Führung für eine Druckfeder 11,
die mit ihrem der Membran 8 abgewandten Ende an einer Auflage 20 festgelegt
ist. Die Auflage 20 erstreckt sich ringförmig um
den Abflußstutzen 6 im
Bereich des ins Gehäuse 2 ragenden
Endes 22. Der Absatz 19 ist mit der Membran 8 fest
verbunden.
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Bei
einer Auslenkung der Membran 8 in Richtung der Mittelachse 16 auf
das Ende 22 des Abflußstutzens 6 zu
wird die Druckfeder 11 zusammengedrückt und das Stellelement 17 senkt
sich in die Einströmöffnung 7.
Der Querschnitt der Einströmöffnung 7 wird
dadurch verringert. Sobald sich die Membran 8 um eine vorgegebene
Auslenkung c ausgelenkt hat, liegt die Ventilplatte 18 am
Ventilsitz 13 an und verschließt so die Einströmöffnung 7.
In dem Bereich der Auslenkung d bis zur vorgegebenen Auslenkung
c wird der Querschnitt der Einströmöffnung 7 durch das
Stellelement 17 kontinuierlich verändert. Aufgrund der Kegelform
des Stellelements 17 erfolgt die Abnahme des Querschnitts
quadratisch gegenüber
der Auslenkung der Membran 8. Das Stellelement 17 kann
zur Erzielung anderer Regelcharakteristika eine andere Querschnittsform
aufweisen. Es kann auch zweckmäßig sein,
daß im
Bereich der Einströmöffnung 7 ein
Regulierelement angeordnet ist, das den Querschnitt teilweise abdeckt.
Zur Erzielung anderer Öffnungscharakteristika
kann auch das Ende 22 des Abflußstutzens 6 einen
von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen.
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In 2 ist
eine Ausführungsvariante
eines Druckregelventils 31 dargestellt. Gleiche Bezugszeichen
kennzeichnen dabei Bauteile, die denen in 1 entsprechen.
Das Druckregelventil 31 besitzt ein Gehäuse 2 aus einem Grundkörper 9 und
einem Deckel 10, in dem zwei Kammern 3 und 4 ausgebildet
sind. In die zweite Kammer 4 mündet ein Zuflußstutzen 5 und
ein Abflußstutzen 6 führt aus
der zweiten Kammer 4. Die erste Kammer 3 ist von
der zweiten Kammer 4 durch eine Membran 28 fluidisch
getrennt. Die Membran 28 ist mit einem an ihrem Umfang
ausgebildeten Ringwulst 34 in einer am Grundkörper 9 ausgebildeten
Ringnut 12 gehalten. Die Membran 28 kann im Bereich
der Ringwulst 34 entsprechend der Darstellung in 1 ebenfalls über am Deckel
angeordnete Erhöhungen
fixiert sein.
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Der
Abflußstutzen 6 ragt
im Bereich der Mittelachse 16 vom Boden 21 des
Gehäuses 2 in
Richtung auf die Membran 28. An dem der Membran 28 zugewandten
Ende 37 des Abflußstutzens 6 ist
ein Ventilsitz 33 ausgebildet, der gegenüber der
Mittelachse 16 geneigt ist. Am Ende 37 des Abflußstutzens 6 ist
eine Auflage 20 für
eine Druckfeder 11 ausgebildet, die sich mit ihrem gegenüberliegenden
Ende an der Membran 28 abstützt. Die Druckfeder 11 wirkt
somit einer Auslenkung der Membran 28 in Richtung auf den
Ventilsitz 33 entgegen. An der Membran 28 ist
in dem dem Ventilsitz 33 zugeordneten Bereich eine flexible
Dichtfläche 29 ausgebildet.
Die flexible Dichtfläche 29 hat
zu einem ersten Bereich 35 des Ventilsitzes 33 einen
Abstand a. Der erste Bereich 35 ist dabei der Bereich des
Ventilsitzes 33, der der Membran 28 am nächsten ist,
also den kleinsten Abstand a in Richtung der Auslenkung der Membran 28 zu
dieser aufweist. In einem zweiten Bereich 36, der dem am
weitesten von der Membran 8 entfernten Bereich des Dichtsit zes 33 entspricht,
hat dieser einen Abstand b zur Membran 28. Aufgrund der
Neigung des Dichtsitzes 33 vergrößert sich der Abstand zwischen
Membran und Dichtsitz 33 vom kleinsten Abstand a zum Abstand
b kontinuierlich in Richtung der Auslenkung der Membran 28.
Je nach Ausbildung der Membran 28 kann die Richtung der
Auslenkung dabei in Richtung der Mittelachse 16 verlaufen
oder gegenüber
dieser geringfügig
geneigt sein. Die Auslenkungsrichtung kann in unterschiedlichen
Bereichen der Membran 28 unterschiedlich sein.
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Bei
einer Auslenkung der Membran 28 aufgrund steigenden Unterdrucks
in der zweiten Kammer 4 bleibt der Querschnitt der Einströmöffnung 7 zunächst konstant,
bis die Auslenkung dem kleinsten Abstand a entspricht und die flexible
Dichtfläche 29 sich
im ersten Bereich 35 an den Ventilsitz 33 anlegt. Bei
steigender Auslenkung rollt die Membran 28 am Ventilsitz 33 ab
und verschließt
dadurch die Einströmöffnung 7 kontinuierlich.
Der Querschnitt der Einströmöffnung 7 nimmt
dadurch im Bereich d der Auslenkung der Membran 28 kontinuierlich
ab. Sobald die Membran 28 die vorgegebene Auslenkung c erreicht,
die etwa dem Abstand b im zweiten Bereich 36 entspricht,
ist die Einströmöffnung 7 in
den Abflußstutzen 6 von
der flexiblen Dichtfläche 29 der
Membran 28 vollständig
verschlossen. Die kontinuierliche Abnahme des Querschnitts der Einströmöffnung 7 führt zu einem
nahezu konstanten Druck im Zuflußstutzen 5, also beispielsweise
auch im Kurbelgehäuse
einer Brennkraftmaschine. Die sich ergebende Kennlinie des Druckverlaufs
im Zuflußstutzen 5 über dem
Druck im Abflußstutzen 6 verläuft annähernd flach.
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Zur
Anpassung der Regelcharakteristik können unterschiedliche Querschnitte
am Ende 37 des Abflußstutzens 6 vorgesehen
sein. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein,
ein Regulierelement im Ende 37 des Abflußstutzens 6 vorzusehen,
das die Einströmöffnung 7 teilweise
abdeckt und so die Regelcharakteristik anpaßt. Eine Anpassung der Regelcharakteristik
kann zweckmäßig dahingehend
erfolgen, daß der
Druckabfall an weiteren in der Leitung angeordneten Bauteilen kompensiert
wird. Beim Einbau des Druckregelventils in der Entlüftungsleitung einer
Brennkraftmaschine kann dies beispielsweise der Druckabfall an einem Ölabscheider
sein. Zur Anpassung der Regelcharakteristik können auch unterschiedliche
Formen des Ventilsitzes 33 am Abflußstutzen 6 vorgesehen
sein. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, den kleinsten Abstand
an zwei sich diametral gegenüberliegenden
Bereichen vorzusehen, von denen aus der Abflußstutzen 6 beidseitig abfällt, der
Abstand zur Membran 28 also nach beiden Seiten hin steigt.
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Der
Referenzdruck in der ersten Kammer 3 ist zweckmäßig der
Atmosphärendruck.
Im Deckel 10 ist hierzu zweckmäßig eine Öffnung zum Druckausgleich angeordnet.