DE10239407A1 - Druckregelventil - Google Patents

Abstract

Bekannte Druckregelventile, insbesondere aus der Kurbelgehäuseentlüftung, haben eine Regelmembran aus einem Elastomer oder aus einem Kunststoff. Elastomere haben jedoch eine hohe Durchlässigkeit für Kohlenwasserstoffe, eine unbefriedigende chemische Beständigkeit gegenüber Öl, Kraftstoff und Kraftstoffadditiven und eine niedrige Elastizität bei geringen Temperaturen. Thermoplaste haben diese Nachteile nicht und sind als Werkstoff für eine Regelmembran besser geeignet. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei dem Druckregelventil eine Membran aus Metall, vorzugsweise Edelstahl, zu verwenden. Die Membran weist eine Wellen- oder Stufenform auf. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Druckregelventil hat damit gute Eigenschaften in bezug auf Durchlässigkeit für Kohlenwasserstoffe, chemische Beständigkeit und Temperaturabhängigkeit der Elastizität und ist durch Funktionsintegration deutlich vereinfacht. Die Membran übernimmt zusätzlich die Funktion einer Rückstellfeder und die eines Gehäusedeckels.

Description

• Die Erfindung geht aus von einem Druckregelventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
• Aus der DE 195 01 447 A1 ist ein Druckregelventil für eine Kurbelgehäuseentlüftung bekannt. Dieses Druckregelventil besitzt einen mittels einer Regelmembran betätigbaren Schließkörper. Als Werkstoff für die Regelmembran werden bisher üblicherweise Elastomere, beispielsweise Fluorsilikon, verwendet, die jedoch einige Nachteile haben. Fluorsilikon ist in der Verarbeitung und als Rohstoff teuer und hat außerdem eine hohe Durchlässigkeit für Kohlenwasserstoffe, was hinsichtlich der gesetzlichen Vorschriften in bezug auf Kohlenwasserstoffemissionen problematisch ist. Darüber hinaus besitzt Fluorsilikon nur eine eingeschränkte chemische Beständigkeit gegenüber Öl, Kraftstoff, Kraftstoffadditiven, Säuren und Formaldehyden. Das Elastomer ECO ist günstiger als Fluorsilikon, darf aber zukünftig nicht mehr eingesetzt werden.
• Auch nachteilig ist, daß die Elastizität bzw. Verformbarkeit der Elastomere bei winterlichen Minustemperaturen stark abnimmt und dadurch die Funktion des Druckregelventils stark beeinträchtigt ist.
• In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10201823.5 wird ein Druckregelventil mit einer thermoplastischen Membran vorgeschlagen. Bei einer thermoplastischen Membran ist ein Verzicht auf eine separate Feder zum Vorspannen der Membran möglich. Die Funktion der Feder kann in der Membran integriert werden, eine Federwirkung der thermoplastischen Membran ist jedoch vergleichsweise stark temperaturabhängig.
• Vorteile der Erfindung
• Das erfindungsgemäße Druckregelventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß auf einfache Art und Weise eine Verbesserung der Eigenschaften gegenüber bekannten Druckregelventilen zum Einstellen des Unterdrucks in einem Kurbelgehäuse eines Kraftfahrzeugs erzielt wird, indem eine Metallmembran eingesetzt wird. In der Metallmembran ist eine temperaturunabhängige Federwirkung zum Öffnen des Druckregelventils integriert, so daß keine separate Feder notwendig ist. Die Metallmembran übernimmt auch die Funktion eines Gehäusedeckels. Dies vereinfacht die Konstruktion und verringert die Herstellungskosten. Die Metallmembran hat auch eine hohe Dichtigkeit gegenüber Kohlenwasserstoffen und ist geringfügig billiger als die Elastomermembran.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Druckregelventils möglich.
• Sehr vorteilhaft ist, wenn die Membran aus Edelstahl ist, da Edelstahl eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber Öl, Kraftstoff, Kraftstoffadditiven, Säuren und Formaldehyden aufweist.
• Besonders vorteilhaft ist es, als Schließkörper eine Schließwandung vorzusehen, die ein Teil der Metallmembran ist. Auf diese Weise kann der Schließkörper entfallen, so daß das Druckregelventil weiter vereinfacht werden kann und die Herstellungskosten sinken.
• Auch vorteilhaft ist, die Metallmembran wellenförmig mit Tälern und Erhebungen oder stufenförmig auszubilden, da auf diese Weise eine hohe Elastizität erzielt wird. In der Membran treten nur Biegespannungen auf, die von der Membran gut aufgenommen werden können. Schädliche Zugspannungen an einer Einspannstelle werden vermieden, so daß eine hohe Lebensdauer der Membran gewährleistet ist.
• Auch vorteilhaft ist, an einem Ventilsitz eine Dichtung anzuordnen, an der die Schließwandung in geschlossenem Zustand des Druckregelventils anliegt. Die Dichtung dämpft die Schließwandung bei einem Schließen des Druckregelventils und dichtet sie ab.
• Desweiteren vorteilhaft ist, an der mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Schließwandung eine Dichtung anzuordnen, da auf diese Weise der Ventilsitz vereinfacht wird und nur aus einer ebenen Ventilsitzwandung besteht. Eine dichtungsaufnehmende Nut kann entfallen.
• Zeichnung
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 im Längsschnitt eine Ansicht des Druckregelventils mit wellenförmiger Membran und 2 im Längsschnitt eine Ansicht des Druckregelventils mit stufenförmiger Membran.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Druckregelventil mit wellenförmiger Membran. Das erfindungsgemäße Druckregelventil wird vorzugsweise in einer Kurbelgehäuseentlüftung eingesetzt, um einen Druck in einem Kurbelgehäuse auf einen durch die Federkraft der Metallmembran vorbestimmten konstanten Wert zu regeln. Es ist aber auch möglich, das Druckregelventil in anderen Bereichen zu einer Druckregelung einzusetzen.
• Während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine strömt aufgrund einer kleinen Leckage zwischen Kolben, Kolbenringen und Zylinderlaufflächen Gas aus einem Verbrennungsraum in ein Kurbelgehäuse. Dieses Gas wird als Durchblasegas oder als Blow-By-Gas bezeichnet. Im Folgenden wird für das Blow-By-Gas der Begriff Gas verwendet. Durch die Leckage kommt es zu einer Druckerhöhung in dem Kurbelgehäuse, so daß es notwendig ist, einen Druckausgleich durch eine sogenannte Kurbelgehäuseentlüftung zu erreichen. Da das Gas eine hohe Kohlenwasserstoff-Konzentration aufweist, ist es nicht möglich, das Gas in die Atmosphäre abzugeben. Die Kurbelgehäuseentlüftung leitet das Gas daher über das erfindungsgemäße Druckregelventil in ein Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, damit es von dort einer Verbrennung zugeführt wird.
• In dem Kurbelgehäuse entsteht durch das mit hoher Strömungsgeschwindigkeit einströmende Gas und durch die bewegten Teile in dem Kurbelgehäuse ein Ölnebel mit vielen kleinen und großen Ölpartikel. Diese Ölpartikel müssen bei der Kurbelgehäuseentlüftung mit Hilfe einer Ölabscheidevorrichtung abgeschieden werden, um einen hohen Ölverlust zu vermeiden.
• Das erfindungsgemäße Druckregelventil besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem zumindest mittelbar mit dem Kurbelgehäuse verbundenen Eingangskanal 2 und einem zumindest mittelbar mit dem Ansaugrohr verbundenen Ausgangskanal 3.
• Der Querschnitt von dem Gehäuse 1, dem Eingangskanal 2 und dem Ausgangskanal 3 ist beispielsweise rund. Es ist aber auch ein rechteckiger, vieleckiger oder ovaler Querschnitt für das Gehäuse 1 und/oder den Eingangskanal 2 und/oder Ausgangskanal 3 möglich. Der Eingangskanal 2 und der Ausgangskanal 3 stehen in Verbindung mit einer Ausnehmung 4 des Gehäuses 1. Der Ausgangskanal 3 und die Ausnehmung 4 sind beispielsweise zentral auf einer Achse 5 des Gehäuses 1 angeordnet. Der Eingangskanal 2 ist radial außen von der Achse 5 vorgesehen. An einem der Ausnehmung 4 zugewandten Ende des Ausgangskanals 3 ist ein Ventilsitz 7 vorgesehen, in dem beispielsweise eine ringförmige Dichtung 8 angeordnet ist. Die Dichtung 8 ist beispielsweise ein O-Ring. Die Dichtung 8 kann auch entfallen, wenn keine absolute Dichtheit an dem Ventilsitz 7 verlangt ist. Die Dichtung 8 ist in einer Dichtungsnut 9 angeordnet, die in einer Ventilsitzwandung 10 ausgebildet ist. Der Ventilsitz 7 wirkt zusammen mit einer beweglichen, ebenen Schließkörperwandung 13, die beispielsweise ein Teil einer Membran 14 ist. Liegt die Schließkörperwandung 13 auf dem Ventilsitz 7 an, ist die über der Ausnehmung 4 bestehende Verbindung zwischen dem Eingangskanal 2 und dem Ausgangskanal 3 unterbrochen und das Druckregelventil ist geschlossen. Liegt die Schließkörperwandung 13 auf dem Ventilsitz 7 nicht an, ist das Druckregelventil geöffnet. Die Schließkörperwandung 13 ist ohne eine äußere Krafteinwirkung nahe, mit Abstand zu dem Ventilsitz 7 zwischen der Ventilsitzwandung 10 und einer Gehäuseseite 18 in der Ausnehmung 4 angeordnet. Die Membran 14 ist aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl. Die Membran 14 ist wellenförmig mit Tälern 15 und Erhebungen 16 ausgebildet. Dadurch wird eine gute elastische Verformbarkeit und damit eine gute Federwirkung erzielt. Ferner treten nur Biegespannungen in dem Material der Membran 14 auf, die von der dünnwandigen Membran 14 leicht aufgenommen werden können. Die Wellenform beginnt an der ebenen, beispielsweise im Querschnitt runden Schließkörperwandung 13 und erstreckt sich radial nach außen. Die Membran 14 schließt die Ausnehmung 4 gegenüber einer Umgebung dicht ab und ist an dem Gehäuse 1 befestigt, beispielsweise durch eine Umbördelung 19 an einer Schulter 17 nahe der Gehäuseseite 18 des Gehäuses 1. Auf diese Weise übernimmt die Membran 14 auch die Funktion eines Gehäusedeckels des Gehäuses 1. Die Membran 14 kann aber beispielsweise auch durch Kleben, Schweißen oder Einspannen an dem Gehäuse 1 befestigt werden. An der Schulter 17 ist eine zweite Dichtung 21 zur Abdichtung des Gehäuses 1 gegenüber der Umgebung vorgesehen. Die Dichtung 21 ist beispielsweise ein Dichtring angeordnet in einer zweiten Dichtungsnut 22. Die zweite Dichtungsnut 22 ist in der Schulter 17 auf der der Ausnehmung 4 zugewandten Gehäuseseite 18 angeordnet.
• Bei dem Druckregelventil nach 2 sind die gegenüber dem Druckregelventil nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Druckregelventil nach 2 unterscheidet sich von dem Druckregelventil nach 1 dadurch, daß die Metallmembran stufenförmig mit Stufen 23 ausgebildet ist und die Dichtung 8 nicht an dem Ventilsitz 7, sondern an der Schließkörperwandung 13 der Membran 14 vorgesehen ist. Die Dichtung 8 ist beispielsweise anvulkanisiert oder geklebt. Die Dichtung 8 kann entfallen, wenn keine absolute Dichtheit an dem Ventilsitz 7 verlangt ist.
• Die Stufenform der Membran 14 beginnt auch an der Schließkörperwandung 13 und erstreckt sich radial nach außen, wobei die Stufen 23 von der Schließkörperwandung 13 in Richtung Gehäuseseite 18 radial nach außen aufsteigend angeordnet sind. Durch die Stufenform wird auch eine gute elastische Verformbarkeit und damit eine gute Federwirkung erzielt.
• An der Schulter 17 ist die zweite Dichtung 21 zur Abdichtung des Gehäuses 1 gegenüber der Umgebung vorgesehen. Die Dichtung 21 ist beispielsweise an einem Umfang der Schulter 17 auf einer dem Gehäuse 1 zugewandten Innenseite der Membran 14 an die Membran 14 anvulkanisiert oder geklebt. Zur Abdichtung des Gehäuses 1 ist aber auch wie in 1 ein Dichtring in der zweiten Dichtungsnut 22 möglich.
• Da der Druck in dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine stark schwankt und das Kurbelgehäuse bei der Entlüftung mit dem Ansaugrohr in Verbindung steht, würden sich die Druckschwankungen bis in das Kurbelgehäuse ausbreiten. Das Druckregelventil vermeidet dies.
• Bei geöffnetem Druckregelventil stellt sich in einem von der Membran 14 und der Ausnehmung 4 eingeschlossenen Innenraum 20 ein von dem Druck im Ansaugrohr und dem Druck in dem Kurbelgehäuse vorbestimmter Innenraum-Druck ein, der ein Unterdruck ist und auf eine große Fläche 25 der Membran 14 wirkt.
• Bei geschlossenem Druckregelventil stellt sich ein nur von dem Druck im Kurbelgehäuse vorbestimmter Innenraum-Druck ein, der ein sehr geringer Überdruck ist und auf die große Fläche 25 abzüglich einer kleinen Fläche 24 der Membran 14 wirkt. Auf die kleine Fläche 24 wirkt etwa der in dem Ansaugrohr herrschende Unterdruck.
• An der Membran 14 stellt sich ein Kräftegleichgewicht ein, an dem eine durch die Form und die Dicke der Membran bestimmte Federkraft der Membran 14 und eine aus der Druckdifferenz von Innenraum-Druck und Umgebungsdruck resultierende Kraft beteiligt sind. Bei geschlossenem Druckregelventil ist noch zusätzlich eine Ansaugkraft beteiligt, die resultiert aus dem im Ansaugrohr herrschenden und auf die kleine Fläche 24 wirkenden Unterdruck.
• Abhängig vom Kräftegleichgewicht schließt oder öffnet das Druckregelventil.
• Sobald die Schließkörperwandung 13 auf dem Ventilsitz 7 aufliegt, wirkt nur noch ein Unterdruck auf die kleine Fläche 24. Die Federkraft der Membran 14 ist so ausgelegt, daß sich das Druckregelventil jetzt wieder öffnet, so daß wieder ein Unterdruck auf die große Fläche 25 wirkt. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem die Schließkörperwandung 13 einen konstanten Abstand zu der Ventilsitzwandung 10 hat.
• Die Federkraft der Membran 14 ist so ausgelegt, daß das Druckregelventil in einer Sicherheitsstellung dann schließt, wenn der Unterdruck in dem Ansaugrohr einen vorbestimmten Wert übersteigt. Damit wird verhindert, daß das Kurbelgehäuse durch einen hohen Unterdruck leergesaugt wird. Durch eine Auslegung der Federkraft der Membran 14 kann der Druck bestimmt werden, der sich in dem Kurbelgehäuse einstellt.
• Je kleiner der Abstand zwischen der Schließkörperwandung 13 und der Ventilsitzwandung 10 ist, desto weniger Blow-By-Gas-Volumenstrom kann in das Ansaugrohr strömen.

Claims (8)

1. Druckregelventil zum Einstellen eines Unterdrucks in einem Kurbelgehäuse eines Kraftfahrzeugs bestehend aus einem Gehäuse, in dem ein Ventilsitz angeordnet ist und eine Schließwandung mittels einer Membran beweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) aus Metall ist.
2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) aus Edelstahl ist.
3. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) wellenförmig ausgebildet ist.
4. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) stufenförmig ausgebildet ist.
5. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) als ein Gehäusedeckel vorgesehen ist.
6. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Membran (14) eine Dichtung (8) angeordnet ist.
7. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (7) eine Dichtung (8) aufweist.
8. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließwandung (13) einteilig mit der Membran (14) verbunden ist.