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Vorrichtung zur Entlüftung des Kurbelgehäuses von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entlüftung des Kurbelgehäuses von Brennkraftmaschinen,
bei welcher das Kurbelgehäuse mit der Ansaugleitun- über eine Leituna verbunden
ist, in welcher ein entgegen dem Unterdruck in der Ansaugleitung durch eine Feder
belasteter Ventilkörper angeordnet ist, der mit einem Drosselansatz versehen ist,
welcher in eine zur Ansaugleitung führende öffnung eines den Ventilkörper umschließenden
Gehäuses hineinragt und bei hohem Unterdruck in der Ansaugleitung einen kleineren
Durchströmquerschnitt frei läßt als bei niedriaem Unterdruck.
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Vorrichtungen dieser Bauart dienen einer derarti-C aen Entlüftung
des K urbelgehäuses, daß im mittleren Drehzahlbereich des Motors das Volumen der
aus dem Kurbelgehäuse in den Ansaugstutzen gesaugten Gase am größten ist. Ohne,
eine solche Vorrichtung in der Leitung zwischen Kurbelgehäuse und Ansaug stutzen
ist das Volumen der aus dem Kurbelgehäuse angesaugten. Gase bei niedriger Drehzahl,
wenn die Drosselklappe des Vergasers sich in ihrer Schließstellung befindet, am
größten.
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Bekannte Vorrichtungen dieser Bauart haben den erneblichen Nachteil,
daß sich im Betrieb, insbesondere an dem zwischen dem Ventilkörper und dem Gehäuse
gebildeten Sitz, aus dem Kurbelgehäuse kommende öl-, Staub- und Wasserteilchen
absetzen können und auf die Dauer das Ventil verschließen. Besonders nachteilio,
ist diese Erscheinung dann, wenn bei niedriger Umgebungstemperatur der Ventilkörper
wegen der mitgerissenen Wassertröpfchen festfriert.
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Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Gattung zu schaffen, bei welcher diese genannten Nachteile nicht auftreten.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Ventilkörper
durch die Feder im Gehäuse schwebend gehaltert ist. Im Gehäuse brauchen damit keine
Ventilsitze oder Anschläge vorgesehen zu sein, mit denen der Ventilkörper unter
normalen Betriebsbedingungen oder im Stillstand in Berührung kommen
kann.
Damit besteht auch keine Gefahr mehr, daß durch Verschmutzung solcher Sitze oder
Anschläge oder Vereisung ein Festsetzen des Ventilkörpers eintritt.
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Ein weiterer Vorteil, der sich durch diese Bauart ergibt, besteht
darin, daß weder der Ventilkörper noch das Ventilcrehäuse aus aehärtetem Material
be-
stehen müssen, da diese beiden Teile sich nicht durch Berührungen abnutzen
können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß
der Ventilkörper an seinem kurbelgehäuseseitigen Ende ein zylindrisches Teil vergrößerten
Durchmessers aufweist, welches bei der anomalen Betriebsbedingung eines Rückschlags
von Verbrennungsgasen in Anlage an einen Sitz gelangt und dadurch die Leitung zum
Kurbelgehäuse vollständig sperrt.
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Dabei kann der Drosselansatz von zylindrischer oder kegelstumpfförmiger
Gestalt sein. Bei einer Ausführung ist die Feder eine Schraubenfeder mit sich verjüngenden
Windungen, wobei die Feder mit dem Ende mit geringerem Durchmesser den Ventilkörper
t3 erfaßt. Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung
an Hand von Zeichnunaen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische
Darstellung einer Brennkraftmaschine mit der erfindun,-,s.-.emäßen Entlüftungsvorrichtung,
F i g. 2 einen vergrößerten Schnitt durch das in F i g. 1 dargestellte
Ventil, welches in F i g. 2 in Volllastbetriebsstellung erscheint, F i
g. 3 eine der F i g. 2 ähnliche Darstellung bei Leerlaufbetriebsstellung
des Ventils, F i g. 4 eine den F i g. 2 und 3 entsprechende
Darstellung des Ventils, jedoch in der Stellung, die es bei einem Rückschlag von
Verbrennungsgasen einnimmt,
F i g. 5 a bis
5 c ein abgewandeltes Ausführ-ungsbeispiel der Erfindung in
drei verschiedenen BetriebssteRungen und F i g. 6, 7 und 8 graphische
Darstellungen der Luftdurchströmung in den Ansaugstutzen.
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In F i g. 1 ist mit 10 schaubildlich eine Brennkraftmaschine
dargestellt, die mit einem Luftfilter 12 und einem Vergaser 14 ausgestattet ist.
Der Luftfilter und der Vergaser sind an den Ansaugstutzen 16 angeschlossen.
Der obere Teil 18 der Brennkraftmaschine kann der Ventildeckel sein. Der
untere Teil 20 der Maschine 10 bildet das Kurbelgehäuse. Bei 22 ist ein mit
einer Abdeckung versehener Stutzen 22 an dem Deckel für die Nockensteuerung angeordnet,
durch den Frischluft in die Maschine eintreten kann. Zwischen dem Deckel für die
Nockensteuerung und dem Ansaugstutzen 16 ist eine Leitung 24 angeordnet,
in der ein Ventil 26 liegt, welches letztere einen gesteuerten Rückfluß von
Gasen aus dem Gehäuse 18
zum Ansaugstutzen bewirkt. Obwohl der Anschluß für
die Entlüftungsvorrichtung an der Oberseite der Maschine dargestellt ist, steht
dieser selbstverständlich mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung.
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F i g. 2 zeigt die Einzelheiten des Ventils 26. Das
Ventil besteht aus einem Gehäuse 28 mit einer Mittelbohrung 30, die
von einem Einlaß 32 am einen Ende zu einem Auslaß 34 am anderen Ende führt.
In der Mitte des Ventils ist die Bohrung bei 36 erweitert, so daß eine Kammer
für einen Ventilkörper 38 gebildet wird. Der Ventilkörper hat etwa die Form
eines Stößels, der an seinem unteren Ende 40 einen Abschnitt von geringerem Durchmesser
bildet, der nach oben mit einem konischen Abschnitt 44 in einen im Durchmesser etwas
vergrößerten Teil 42 übergeht. Über dem Abschnitt 42 verjüngt sich der Ventilkörper
bei 46 wiederum, so daß sich bei 48 eine Schulter unter einem Kopfteil
50 bildet.
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Im unteren Teil des Gehäuses ist eine Öffnung 52
vorgesehen,
die in einer Hülse 54 gebildet ist. Die Hülse 54 kann in das Gehäuse eingepreßt
oder auf andere Weise in ihm befestigt sein. Der Ventilkörper wird von einer Feder
56, beispielsweise einer Schraubenfeder, gehalten. Das -untere Ende der Feder
ruht auf der nach oben gerichteten Schulter 58, die die Oberseite der Hülse
54 bildet. Das obere Ende der Feder #stützt sich unter dem Kopf 50 bei 48
am Ventilkörper ab. Wie die Zeichnung zeigt, ist die Feder konisch ausgebildet;
es ist jedoch auch möglich, eine anders geformte Feder zu verwenden. Die Feder braucht
auch nicht gleichmäßig konisch zu sein. Die im Durchmesser kleinste Windung der
Feder befindet sich an ihrem oberen Ende und liegt an der Schulter am Kopfteil des
Ventilkörpers an, so daß sich die nach unten folgenden Windungen nach außen vom
Ventilkörper entfernen und dieser dadurch frei in der Mittelbohrung im Gehäuse hängiL
Die Mittelbohrung ist oberhalb des Ventilkörpers mit einem Sitz 60 ausgestattet,
an den der Ventilkörper sich anlegt, wenn ein Rückschlag von Verbrennungsgasen stattfinden
sollte.
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Bei der Stellung nach F i g. 2 tritt aus dem KurbU-gehäuse
kommendes Gas am Einlaß 32 ein und geht durch den Auslaß 34 zum Ansaugstutzen
der Maschine und damit in deren Zylinder zurück. In F i g. 2 ist die Einlaßöffnung
obenliegend dargestellt, während bei der Anbringung nach F i g. 1 die Einlaßöffnung
am unteren Ende des Ventil-s sein muß. Das Ventil kann in beiden Stellungen verwendet
werden, weil es unabhängig davon arbeitet, ob sich die Einlaßöffnung oben oder unten
befindet.
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F i g. 2 zeigt die volle Belüftungsstellung, die bei hoher
Drehzahl des Motors vorliegt, wenn also am Ansaugstutzen der veZhältnismäßig geringste
Unterdruck herrscht.
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In F i g. 3 ist der Ventilkörper als nach unten gezogen dargestellt.
Diese Stellung tritt ein, wenn die Maschine leer läuft oder mit geringer Belastung
arbeitet, da hierbei der zwischen den Enden des Ventils herrschende Druckunterschied
auf Grund des hohen Unterdrucks am Ansaugstutzen am größten ist. Der Oberteil 42
bestimmt nunmehr den verbleibenden freien Querschnitt der Mittelbohrung bei
52. Der obere Teil 42 ist im Durchmesser jedoch kleiner als der Innendurchmesser
der Bohrung, eo daß ein schmaler Ringraum um den Ventilkörper herum frei bleibt.
Dies entspricht somit der am meisten geschlossenen Stellung des Ventils und damit
der geringsten Durchflußmenge. Es wird darauf hingewiesen, daß bei der Stellung
nach F i a. 3 die Seiten des Ventilkörpers außer Berührung mit den Wandungen
der Bohrung sind, auch wenn das verbleibende Spiel sehr gering ist. Der Ventilkörper
hängt in der Feder, die hierbei zusammengedrückt wird. Aber auch die einzelnen Windungen
der Feder berühren sich nicht, obwohl sie wesentlich dichter als bei der Stellung
nach F i g. 2 zusammenlieggen. Der freie Raum zwischen den Windungen der
Feder ist im wesentlichen größer als das verbleibende geringe Spiel zwischen dem
Ventilkörper und der Bohrung, so daß die Feder den Durchfluß nicht beeinträchtigt.
Die Feder wird niemals ganz oder annähernd ganz zusammengepreßt. Wie sich aus F
i g. 6 ergibt, fällt der Unterdruck am Ansaugstutzen ab, wenn die Maschine
belastet wird und auf höhere Drehzahlen geht.
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Da es möglich ist, den frei beweglichen Ventilkörper in jeder gewünschten
Abmessung herzustellen, können auch andere gewünschte Kurvenformen erzielt werden.
Es ist also möglich, den Anstie"cr, oder die Zunahme der Belüftungsluft entweder
nach links oder nach rechts, bezogen auf die Kurve, d. h. in Richtung eines
stärkeren oder schwächeren Vakuums, durch Veränderung der Form des Ventilkörpers
oder durch Veränderung der Federkennwerte zu verlagern. Ebenfalls ist es möglich,
durch Verändern dieser Parameter den Anstieg der Kurve steiler oder flacher zu gestalten.
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In F i 7 ist eine der F i g. 6 ähnliche Kurve gei zeigt,
d e dadurch erzielt wurde, daß ein Ventilkörper mit anderen Durchmessern
verwendet wurde.
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In F i g. 4 ist der Ventilkörper in seiner obersten Stellung
abgebildet, in der sein Kopf 50 am Sitz 60
anliegt. Dies entspricht
der Stellung bei einem Rückschlag von Verbrennungsgasen. Wie die Zeichnung erkennen
läßt, bleibt der Ventilkörper auch hierbei mehr oder weniger genau durch die Feder
zentriert und steht mit seiner Außenfläche an keiner Stelle mit der Innenwand des
Gehäuses oder der unteren engeren Öffnung in Verbindung. Das untere Ende des Ventilkörpers
ragt auch in dieser Stellung noch in die Öffnung 52. Auf diese Weise kann
der Ventilkörper C
selbst bei einem Rückschla- sich nicht außerhalb
C
seiner Richtung einstellen, so daß ein Festsitzen oder Festklemmen unmöglich
ist.
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Die Feder und der Ventilkörper können als frei fliegend gelten, wobei
die Feder, wenn ein Rückschlag stattfindet, mit ihrem unteren Ende auf der
Schulter
58 an der öffnung 52 aufliegt oder sich auch mit dem Ventilkörprr
nach oben bewegen kann. Der Ventilkörper kann sich also im Inneren der Feder nach
oben bewegen, oder die Feder und der Ventilkörper können sich im Inneren des Gehäuses
nach oben bewegen, bis der Kopf 50 des Ventilkörpers am Sitz 60 anliegt,
In den F i g. 5 a, 5 b und 5c ist eine abgewandelte
Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei das Ventilgehäuse unverändert beibehalten
ist. Das gleiche gilt auch für die öffnung 52, deren Querschnitt geregelt
wird. Lediglich der Ventilkörper ist etwas verändert ausgebildet. In dem genannten
Fall ist der Ventilkörper 62 vom unteren Ende 64 bis zur Kante
66 durchgehend konisch ausgebildet. Von der dicksten Stelle 66 verjüngt
er sich wieder im Ab-
schnitt 68 und bildet daher einen Sitz für die
Feder, die unter dem Kopf 70 anliegt. In dieser Ausführunasform ist der untere
Teil des Ventilkörpers zwischen 66 und 64 unterhalb des Kopfes der Abschnitt,
der mit der Bohrung zusammenarbeitet, wobei kein zylindrischer Teil vorgesehen
ist, der dem oberen und unteren Teil der Anordnung nach F i g. 2 entspricht.
Hierdurch wird erreicht, daß jeder Querschnitt im konischen Bereich von 64 bis
66 mit der zu regelnden öffnung unter Freilassung eines Ringraumes zusammenarbeiten
kann und hierdurch jeder gewünschte Luftdurchfluß eingestellt werden kann. F i
g. 5 a zeigt die höchste Stellung des Ventilkörpers, bei der
der untere Abschnitt 64 in die zu regelnde öffnung hineinragt und hierbei einen
größten Durchtrittsquerschnitt frei läßt, welcher sich bei voll belasteter oder
mit hoher Drehzahl laufender Maschine einstellt. Der obere Teil 66, der wiederum
konisch ausgebildet ist, begrenzt den kleinsten Durchtrittsquerschnitt und wird
dann wirksam, wenn die Maschine leer oder mit geringer Last und niedriger Drehzahl
läuft.
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Innerhalb der gesamten, beim Regelvorgang wirksamen Länge des Ventilkörpers
weist dieser dennoch überall einen Querschnitt auf, welcher geringer als der der
Regelöffnung ist, so daß bei allen Stellungen des Ventilkörpers ein mehr oder weniger
großes Spiel zwischen dem Ventilkörper und der Gehäuseinnenwand vorhanden ist. Der
Ventilkörper ist somit aufhängt und im inneren des Gehäuses in gleicher Weise frei
beweglich, wie dies bei der Ausführungsforin nach F i g. 2 der Fall ist.
F i g. 5 a entspricht der Leerlaufstellung oder der geringeren
Belastung oder geringerer Drehzahl entsprechenden Stellung, während b
t2 F i g. 5 b den Ventilkörper in einer Zwischenstellung zeigt, die
bei einem Zwischenwert des Unterdruckes im Ansaugstutzen sich einstellt.
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F i g. 8 ist eine graphische Darstellung des Durchflusses in
Abhängigkeit von dem am Ansaugstutzen herrschenden Unterdruck bei Verwendung des
Ventilkörpers nach F i g. 5. Hierbei ist festzustellen, daß ein wesentlich
weniger ausgeprägter Anstieg der Durchsatzmenge vorliegt, wobei das Ventil jedoch
Regelvorgänge innerhalb des gesamten Arbeits-C bereiches ausführt. Es muß auch darauf
hingewiesen werden, daß die die infolge von Undichtigkeit -übertretende Gasmenge
anzeigende Kurve mit Ausnahme des äußersten rechten Endes, das den ungewöhnlich
hohen Drehzahlen entspricht, bei denen Automobile, Lastzüge usw. nur selten arbeiten,
unterhalb der Belüftun-sdurchsatzmenge liegt.
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t' im
Die Sicherung gegen Rückschlag von Verbrennungsgasen entspricht
bei dem Ventilkörper nach F i g. 5 der Arbeitsweise des Ventilkörpers, wie
er im Zusammenhang mit F i g. 2 erläutert wurde.
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Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann die die Regelöffnung
umgebende Hülse, beispielsweise bei 72, mit Innengewinde ausgestattet sein,
so daß dann, wenn ein Auswechseln der Hülse erforderlich ist, eine Schraube in die
Hülse hineingedreht und dann die Hülse mit der Schraube herausgezogen werden kann.
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Die Verwendung, die Wirkungsweise und Anwendu.-tig der Erfindung ist
wie folgt: Obwohl nach der zeichnerischen Darstellung die Leitung 24 an der
Ab-
deckung der Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine angeschlossen dargestellt
worden ist, kann die Leitung selbstverständlich auch an irgendeiner anderen geeigneten
Stelle angeschlossen werden, von der aus sie mit dem Kurbelgehäuse in Verbindung
steht. Bei F i g. 1 wird vorausgesetzt, daß die Gase und Dämpfe aus dem Kurbelgehäuse
frei durch die Ventilstößel in den Deckel gelangen können.
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Wie die graphischen Darstellungen in den F i g. 6, 7
und
8 zeigen, hat das erfindungsgemäße Ventil den Vorteil, daß bei Auftreten
eines höchsten Druckunterschiedes zwischen Gehäuse und Ansaugstutzen sowohl bei
Leerlauf wie auch bei geringer Belastung nur ein geringerer Durchfluß stattfindet,
weil der im Querschnitt große Abschnitt des Ventilkörpers in die Regelöffnung hineingreift.
Wenn danach die Last an der Maschine und ihre Drehzahl zunehmen, nimmt der Unterdruck
am Ansaugstutzen ab. Bei hohen Belastungen und Drehzahlen, bei denen der Druckunterschied
gering ist, bewegt die Feder den Ventilkörper so weit von der Regelöffnung fort,
daß der Ventilkörper nur mit einem Teil noch in die öffnung hingreift. Auf diese
Weise liegt nunmehr der größte Durchtrittsquerschnitt vor.
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Die Regeleigenschaften des Ventils können auch auf einfache Weise
durch Veränderung der Feder beeinflußt werden. In den Zeichnungen sind herkönunliche,
konisch gewickelte Schraubenfedern dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, Federn
zu verwenden, die im Querschnitt nach innen oder außen gebaucht sind, etwa glockenförmig
ausgebildet oder aus einer Kombination von Federn hergestellt sind, von denen die
eine nur während eines bestimmten Teils der Bewegung des Ventilkörpers wirksam ist,
während beide Federn beispielsweise während eines anderen Teils der Bewegung des
Ventilkörpers arbeiten, um auf diese Weise eine bestimmte Kennlinie für die
Durchflußmenge an Belüftungsluft zu erhalten.
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Obwohl darauf hingewiesen worden ist, daß keine Metall-auf-Metall-Berührung
und. kein Aufsitzen auf einem Ventilsitz stattfindet, berührt selbstverständlich
der Ventilkörper die Innenwände des Gehäuses und der Regelöffnung infolge der Motorerschütterungen.
Dies ist jedoch von der Metall-auf-Metall-Berührung zu unterscheiden, die beim Schließen
normaler Ventile im Betrieb auftritt. Wesentlich für die Erfindung ist, daß kein
Anschlag oder Sitz vorgesehen ist, der durch den Ventilkörper versperrt wird. Darüber
hinaus sucht der Gasstrom selbst den Ventilkörper zu zentrieren, wobei dieser jedoch
gleichzeitig für seitliche Schwingungen frei beweglich ist, weil er nur an einem
Ende locker abgestützt wird.
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Der Ventilkörper ist vorstehend als Querschnitt rund bezeichnet worden,
Es ist selbstverständlich
auch möglich, den Ventilkörper im Querschnitt
anders auszubilden, obwohl der runde Querschnitt vorzuziehen ist.
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In den F i g. 2 bis 5 ist die Regelöffnung als Ein-,satzhülse
dargestellt worden. Selbstverständlich kann an Stelle der Hülse ein einstückig mit
dem Gehäuse verbundener Teil vorgesehen werden, wobei dann die Einlaßöffnung 22
am oberen Ende als Einsatzstück hergestellt ist. Das bedeutet also, daß wahlweise
jedes der beiden Enden des Gehäuses als Einsatz ausgebildet sein kann, um das Einführen
des Ventilkörpers und der Feder zu ermöglichen.