DE10301028A1

DE10301028A1 - Kurbelgehäuseentlüftungsventil mit integriertem Zyklonabscheider

Info

Publication number: DE10301028A1
Application number: DE10301028A
Authority: DE
Inventors: Armin Zapf
Original assignee: Alfmeier Praezision AG Baugruppen und Systemlosungen
Current assignee: Alfmeier Praezision SE
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-07-29
Also published as: ATE348249T1; EP1447531B1; DE502004002256D1; EP1447531A1

Abstract

Ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil mit einem integrierten Zyklonabscheider weist folgende Merkmale auf:
Eine Ventilkammer ist an einer Seite von einer Membran und an der gegenüberliegenden Seite von einer Trennwand begrenzt, die die Ventilkammer von einem Zyklonabscheider trennt,
der Zyklonenabscheider weist einen an ein Kurbelgehäuse anschließbaren Gaseinlass, einen über einen Leitkanal mit der Ventilkammer vebundenen Gasauslass und nahe dem Gasauslass einen an einen Ölrücklauf anschließbaren Ölauslass auf,
ein an seinem einen Ende an eine Unterdruckquelle anschließbarer Saugkanal durchdringt den Zyklonabscheider und ragt mit seinem zu einem Ventilsitz ausgebildeten anderen Ende in die Ventilkammer. Der Ventilsitz wirkt mit der in Öffnungsrichtung federbelasteten Membran zusammen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil mit integriertem Zyklonabscheider. In das Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors dringen z.B. aufgrund von Undichtigkeiten der Kolbenringe Abgase, teil- oder unverbrannter Kraftstoff usw. ein. Damit diese teils umweltschädlichen Stoffe nicht z.B. über Wellendichtungen in die Umwelt gelangen, wird im Kurbelgehäuse ein Unterdruck gegenüber der Motorumgebung aufrechterhalten und das Kurbelgehäuse durchlüftet. Das abgeführte Kurbelgehäusegas wird der Ansaugluft beigemischt und so der Motorverbrennung zugeführt.

Im Kurbelgehäusegas ist Motorschmieröl enthalten. Um den Ölverbrauch des Motors niedrig zu halten und Probleme bei der Abgasreinigung, insbesondere in einem nachgeschalteten Abgaskatalysator zu vermeiden, darf möglichst kein Öl der Verbrennung zugeführt werden. Das Kurbelgehäusegas durchläuft deshalb zunächst einen Ölabscheider, der an seinem Ausgang nahezu ölfreies Gas bereitstellt und das abgeschiedene Öl wieder dem Ölsumpf des Motors zuführt.

Dem Ölabscheider ist stromabwärts ein Druckregler nachgeschaltet, der den Druck im Kurbelgehäuse auf einen Minimalwert begrenzt. Hierdurch wird zum Beispiel vermieden, dass bei zu starkem Unterdruck im Kurbelgehäuse über Wellendichtungen oder Kolbenringe zusätzliche Stoffe ins Kurbelgehäuse eingesaugt werden.

Bisher werden zur Druckregelung und Ölabscheidung zwei getrennte Bauteile oder kombinierte Einheiten verwendet.

Die Nachteile bisheriger Lösungen sind unter anderem das große Bauvolumen, das im allgemeinen zu einer großen Bauteiloberfläche führt. Hierdurch ist schwer eine thermische Isolierung des Bauteils möglich, was zum Beispiel im Winter zum Einfrieren der Kondensate im Ölabscheider und Versagen der gesamten Einheit führen kann. Außerdem sind die Bauteile aufgrund ihrer komplizierten Formgebung oft aus mehreren Einzelteilen gefertigt, was viele abzudichtende Fügestellen zur Folge hat. Hierdurch ist schwer zu gewährleisten, dass keine Schadstoffe aus den Bauteilen in die Umwelt austreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierte Druckregel- und Ölabscheideinheit anzugeben, die wenige abzudichtende Fügestellen und eine kompakte Bauweise aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Danach enthält ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil eine Ventilkammer, die an einer Seite von einer Membran und an der gegenüberliegenden Seite von einer Trennwand begrenzt ist. Die Trennwand trennt die Ventilkammer von einem Zyklonabscheider. Der Zyklonabscheider weist einen Gaseinlass auf, der an ein Kurbelgehäuse anschließbar ist. Der Zyklonabscheider weist einen Gasauslass auf, der über einen Leitkanal mit der Ventilkammer verbunden ist. Nahe dem Gasauslass weist der Zyklonabscheider einen Ölauslass auf, der an einen Ölrücklauf anschließbar ist. Ein Saugkanal durchdringt den Zyklonabscheider und ist an seinem einen Ende an eine Unterdruckquelle anschließbar. Mit seinem zu einem Ventilsitz ausgebildeten anderen Ende ragt der Saugkanal in die Ventilkammer. Der Ventilsitz wirkt mit der Membran zusammen, wobei die Membran in Öffnungsrichtung federbelastet ist.

Da der Zyklonabscheider und die Ventilkammer direkt benachbart sind und der Saugkanal den Zyklonabscheider durchdringt, kann das gesamte Ventil in einem Gehäuse liegen, welches zum Beispiel als einteiliges Spritzgussteil herstellbar ist. Die Trennwand ist in das Spritzgussteil nachträglich einsetzbar. Hierdurch entsteht an der Ventilaußenwand keine weitere abzudichtende Fügestelle mit Kontakt zur Umgebung des Ventils. Die Dichtheitsanforderung an die eingesetzte Trennwand ist gering, da zwischen Zyklonabscheider und Ventilkammer kaum ein Druckunterschied herrscht. Die einzige Fügestelle mit Dichtheitsanforderungen gegenüber der Umwelt entsteht durch Anbringen der Membran an der einen Seite der Ventilkammer. Da wesentliche Teile des Ventils in einem einzigen Bauteil integrierbar sind, reduziert sich die Gesamtzahl der Einzelteile des Ventils. Die Anordnung von Zyklonabscheider, Ventilkammer und Saugkanal führt zu geometrisch einfachen Bauteilen und zu kleinem Bauvolumen des gesamten Ventils.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Ventil einen im wesentlichen hohlkegelförmigen Zyklonabscheider auf. Der Zyklonabscheider ist so an der Ventilkammer angeordnet, dass die Kegelbasis der Ventilkammer zugewandt ist und die Mittellängsachse des Kegels im wesentlichen senkrecht auf der Membran steht. Hierdurch ergibt sich eine geometrisch weiter vereinfachte Form des Ventils. Der Zyklonabscheider mit angeformter Ventilkammer und angeformtem Saugkanal kann spritzgusstechnisch unaufwendig hergestellt werden.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Saugkanal im wesentlichen koaxial zur Mittellängsachse des Kegels angeordnet. So kann der in den Zyklonabscheider eintretende Gasstrom ungehindert den Saugkanal umkreisen, was zu einer effektiven Ölabscheidung im Zyklon führt.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Saugkanal koaxial innerhalb des Leitkanals angeordnet, wobei die Trennwand Durchbrechungen für den Leitkanal aufweist. Die koaxiale Anordnung von Leit- und Saugkanal ist platzsparend und vereinfacht die Herstellung des Ventils weiter. Die Durchbrechungen in der Trennwand für den Leitkanal sind fertigungstechnisch leicht zu realisieren.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Leitkanal von einem Rohr umgrenzt ist, das an seiner der Ventilkammer zugewandten Stirnseite mit der Trennwand verbunden ist. Die Trennwand und das Rohr bilden so ein einziges Bauteil, das leicht herstellbar und handhabbar ist und beim Zusammenbau des Ventils einfach in das Gehäuse einsetzbar ist. Die Anzahl der Einzelteile des Ventils wird dadurch weiter reduziert.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht eine den Ventilsitz umfassende Schraubenfeder vor, die einerseits die Federbelastung der Membran bewerkstelligt und sich andererseits an der Trennwand abstützt. Nach der Montage des Ventils wird die Trennwand durch die Feder in ihrer Einbausposition gehalten, weshalb keine zusätzlichen Maßnahmen zur Befestigung der Trennwand im Ventil nötig sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht zwischen dem äußeren Rand der Trennwand und dem Ventilgehäuse eine Labyrinthdichtung vor. Die Labyrinthdichtung kann durch bei der Fertigung der Bauteile leicht realisierbare Nuten und Federn ausgeführt sein, die beim Zusammenbau des Ventils ineinander greifen. Die Dichtwirkung der Labyrinthdichtung entsteht während der ersten Betriebsphase des Kurbelgehäuseentlüftungsventils selbsttätig, wenn ölhaltige Gase vom Zyklonabscheider her in die Labyrinthdichtung eindringen und die eingebrachten Ölpartikel den labyrinthförmigen Spalt der Dichtung dauerhaft zusetzen. Durch diese Maßnahme werden zusätzliche Dichtringe oder Dichtmasse vermieden.

Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil in einer schematischen Prinzipdarstellung,
2 eine Trennwand mit angesetztem Rohr in einer perspektivischen Prinzipdarstellung.
1 zeigt ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil mit einem kegel- bzw. trichterförmigen Zyklonabscheider 2 und einem zylinderförmigen Druckregler 4. Die Mantelfläche des Zyklonabscheiders ist nahe dem weiten Ende von einem Gaseinlass 6 und nahe der Kegelspitze von einem Ölauslass 8 durchbrochen. Der Gaseinlass 6 mündet in einen angeformten Stutzen 10, auf den eine Anschlussleitung 12 aufgeschoben ist, die zum Kurbelgehäuse eines nichtdargestellten Motors führt. Der Ölauslass 8 mündet in einen Stutzen 14, auf den eine Anschlussleitung 16 aufgesteckt ist, die zum Ölsumpf des Motors führt. Der Zyklonabscheider 2 ist koaxial zur Kegellängsachse von einem zylinderförmigen Saugkanal 14 durchdrungen, der in einen Stutzen 17 mündet, auf den eine Anschlussleitung 18 aufgesteckt ist, die zum Saugrohr des Motors führt.
An seinem Ende 20 bildet der Saugkanal 14 eine senkrecht und koaxial zur Mittellängsachse liegende kreisringförmige Anschlagschulter 22. Jenseits der Schulter 22 verjüngt sich der Saugkanal 14 kegelförmig zu einem Ventilsitz 24. Am kreisförmigen Umfang 26 geht der Saugkanal 14 in das Gehäuse 28 des Kurbelgehäuseentlüftungsventils über.
Von der Ventilkammer 30 ist der Zyklonabscheider 2 durch eine kreisringförmige Trennwand 32 abgeteilt. An seiner Stirnseite 36 mündet ein zylinderförmiges Rohr 34 in die Trennwand 32. Zwischen der Wand 38 des Saugkanals 14 und dem Rohr 34 ist ein Leitkanal 40 gebildet, der an seinem einen Ende in den Gasauslass 42 des Zyklonabscheiders 2 mündet. An seinem anderen Ende mündet der Leitkanal 40 über Durchbrechungen 44 in der Trennwand 32 in die Ventilkammer 30.
Am kreisförmigen Rand 46 der Trennwand 32 sind an dieser kreisförmig umlaufende Federn 48 konzentrisch angeformt. Am Gehäuse 28 sind korrespondierend zu diesen umlaufende Nuten 50 angeformt, in die die Federn 48 eingreifen. Die Federn 48 und Nuten 50 wirken nach Art einer Labyrinthdichtung zusammen und dichten den Zyklonabscheider 2 gegenüber der Ventilkammer 30 ab.
Auf dem kreisförmigen Rand 52 des Gehäuses 28 liegt eine elastische kreisrunde Membran 54 auf. Durch den Gehäusedeckel 56, dessen Aussparungen 58 mit am Gehäuse 28 angebrachten Rastnasen 60 zusammenwirken, ist die Membran 54 auf die Stirnseite 52 mechanisch fest und dichtend aufgepresst. Der Gehäusedeckel 56 weist eine Öffnung 62 auf, die zur Hinterlüftung der Membran 54 dient, wenn sich diese bewegt.
Eine Schraubenfeder 64 beaufschlagt die Membran 54 federnd in Richtung vom Ventilsitz 24 weg, also in Öffnungsrichtung des Ventils. Die Schraubenfeder 64 stützt sich hierzu an der Trennwand 32 ab und drückt diese gegen die Anschlagschulter 22. Gleichzeitig werden durch die Schraubenfeder 64 die Federn 48 in die Nuten 50 gedrückt.
Die Funktionsweise des Kurbelgehäuseentlüftungsventil ist die Folgende: In Richtung 100 strömt der vom Kurbelgehäuse kommende und mit Ölpartikeln durchsetzte Strom von Kurbelgehäusegas in den Zyklonabscheider 2 ein. In einer spiralförmigen Bahn strömt das Öl-Gasgemisch an der Innenwand 102 des Zyklonabscheiders in Richtung des Gasauslasses 42 und umkreist das Rohr 34. Hierbei schlagen sich durch die auftretenden Zentrifugalkräfte an der Innenwand 102 des Zyklonabscheiders 2 Öltröpfchen nieder, die entlang der Innenwand 102 zum Ölauslass 8 strömen.
Während der ersten Betriebsphase des Kurbelgehäuseentlüftungsventils strömt ölpartikelführendes Kurbelgehäusegas ein Stück weit in die Labyrinthdichtung, also die Zwischenräume zwischen den Federn 48 und den Nuten 50. Die Zwischenräume werden hierdurch dauerhaft durch Öl zugesetzt, so dass fortan kein ölführendes Gas vom Zyklonabscheider 2 durch die Labyrinthdichtung in die Ventilkammer 30 eindringen kann.
Das an der Innenwand 102 abgeschiedene Öl strömt in Richtung 103 zurück zum Ölsumpf des Motors. Da in der Ventilkammer 30 ein geringfügig kleinerer Druck als im Ölsumpf herrscht, nimmt das von Öl größtenteils befreite Gas den Weg entlang der Rich tung 104. Es strömt durch den Leitkanal 40 in die Ventilkammer 30. Vom Saugrohr des nicht dargestellten Motors her ist der Saugkanal 14 mit Unterdruck beaufschlagt, so dass das Gas von der Ventilkammer 30 in Richtung 106 durch den Ventilsitz 24 aus der Ventilkammer 30 ausströmt und so der Ansaugluft des nichtdargestellten Motors wieder zugeführt wird.
Die Schraubenfeder 64 ist derart dimensioniert, dass beim Überschreiten einer bestimmten Druckdifferenz zwischen der Ventilkammer 30 und dem Saugkanal 14 sich die Membran 54 in Richtung 108 dichtend gegen den Ventilsitz 24 legt und die Öffnung 110 des Saugkanals 14 verschließt. Die Dämpfung der Membran 54 beim Verschließen bzw. Freigeben des Saugkanals 14 ist durch den Querschnitt der Öffnung 62 vorgebbar. Dadurch wird nämlich Menge der Luft bestimmt, die maximal pro Zeiteinheit durch die Öffnung 62 in den Zwischenraum zwischen Membran 54 und Gehäusedeckel 56 ein- oder aus diesem ausströmen kann.
2 zeigt in perspektivischer Darstellung das aus der Trennwand 32 und dem Rohr 34 zusammengesetzte Bauteil mit den Durchbrechungen 44, durch dessen Öffnung 110 im Montagezustand das sich verjüngende Ende mit dem Ventilsitz 24 des Saugkanals 14 ragt. Auf der in 2 nicht sichtbaren Unterseite der Trennwand 32 sind im Bereich deren Randes 46 die kreisförmig umlaufenden Federn 48 angeformt.

2: Zyklonabscheider
4: Druckregler
6: Gaseinlass
8: Ölauslass
10: Stutzen
12: Anschlussleitung
14: Stutzen
16: Anschlussleitung
17: Stutzen
18: Anschlussleitung
20: Ende
22: Anschlagschulter
24: Ventilsitz
26: Umfang
28: Gehäuse
30: Ventilkammer
32: Trennwand
34: Rohr
36: Stirnseite
38: Wand
40: Leitkanal
42: Gasauslass
44: Durchbrechung
46: Rand
48: Feder
50: Nut
52: Stirnseite
54: Membran
56: Gehäusedeckel
58: Aussparung
60: Rastnase
62: Öffnung
64: Schraubenfeder
100: Richtung
102: Innenwand
103, 104, 106, 108: Richtung
110: Öffnung

Claims

Kurbelgehäuseentlüftungsventil mit integriertem Zyklonabscheider mit folgenden Merkmalen: Eine Ventilkammer ist an einer Seite von einer Membran und an der gegenüberliegenden Seite von einer Trennwand begrenzt, die die Ventilkammer von einem Zyklonabscheider trennt, der Zyklonabscheider weist einen an ein Kurbelgehäuse anschließbaren Gaseinlass, einen über einen Leitkanal mit der Ventilkammer verbundenen Gasauslass und nahe dem Gasauslass einen an einen Ölrücklauf anschließbaren Ölauslass auf, ein an seinem einen Ende an eine Unterdruckquelle anschließbarer Saugkanal durchdringt den Zyklonabscheider und ragt mit seinem zu einem Ventilsitz ausgebildeten anderen Ende in die Ventilkammer, der Ventilsitz wirkt mit der in Öffnungsrichtung federbelasteten Membran zusammen.
Ventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen hohlkegelförmigen Zyklonabscheider, wobei die Kegelbasis der Ventilkammer zugewandt ist und die Mittellängsachse des Kegels im wesentlichen senkrecht auf der Membran steht.
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugkanal im wesentlichen koaxial zur Mittellängsachse des Kegels angeordnet ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugkanal koaxial innerhalb des Leitkanals angeordnet ist und die Trennwand Durchbrechungen für den Leitkanal aufweist.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkanal von einem Rohr umgrenzt ist, das an seiner der Ventilkammer zugewandten Stirnseite mit der Trennwand verbunden ist.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federbelastung der Membran durch eine den Ventilsitz umfassende Schraubenfeder bewerkstelligt ist, die sich an der Trennwand abstützt.
Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem äußeren Rand der Trennwand und dem Ventilgehäuse eine Labyrinthdichtung vorgesehen ist.