DE20016214U1 - Throttle valve for automatic regulation of the pressure in the crankcase of an internal combustion engine - Google Patents
Throttle valve for automatic regulation of the pressure in the crankcase of an internal combustion engineInfo
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Description
Drosselventil zur selbsttätigen Regelung des Drucks im Kurbelgehäuse einer BrennkraftmaschineThrottle valve for automatic regulation of the pressure in the crankcase of an internal combustion engine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drosselventil zur selbsttätigen Regelung des Drucks im Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a throttle valve for automatically regulating the pressure in the crankcase of an internal combustion engine, having the features according to the preamble of claim 1.
Bei Brennkraftmaschinen gelangt während ihres Betriebes ein Teil des Verbrennungsgases aus dem Zylinderraum an dem Kolben vorbei in das Kurbelgehäuse. Zur Vermeidung eines unerwünschten Überdrucks im Kurbelgehäuse ist eine Entlüftung des Kurbelgehäuses erforderlich. Diese Entlüftung erfolgt üblicherweise mittels einer Entlüftungsleitung, welche das Kurbelgehäuse mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbindet. Für eine optimale Funktion der Brennkraftmaschine, insbesondere der im und am Kurbelgehäuse vorhandenen Dichtungen, ist die Einhaltung eines gewissen Unterdrucks im Kurbelgehäuse erforderlich, wobei der Unterdruck bestimmte Grenzen nach oben und unten nicht über- bzw. unterschreiten sollte. Dieser Unterdruck kann aber nicht ohne weitere Maßnahmen in dem gewünschten Bereich gehalten werden, weil im Ansaugtrakt einer drosselklappengeregelten Brennkraftmaschine, insbesondere eines Otto-Motors, je nach deren Belastungszustand und Drehzahl sehr stark schwankende Unterdrücke auftreten. Bei voller Belastung der Brennkraftmaschine mit offener Drosselklappe ist ein relativ geringer Unter-In internal combustion engines, part of the combustion gas passes from the cylinder chamber past the piston into the crankcase during operation. To avoid undesirable overpressure in the crankcase, the crankcase must be vented. This venting is usually carried out using a vent line that connects the crankcase to the intake tract of the internal combustion engine. For the internal combustion engine, particularly the seals in and on the crankcase, to function optimally, a certain negative pressure must be maintained in the crankcase, whereby the negative pressure should not exceed or fall below certain upper and lower limits. However, this negative pressure cannot be kept in the desired range without further measures, because the intake tract of a throttle-controlled internal combustion engine, particularly a gasoline engine, can experience very strongly fluctuating negative pressures depending on its load and speed. When the internal combustion engine is under full load with the throttle open, a relatively small negative pressure is required.
druck im Ansaugtrakt festzustellen, während bei Teillast oder im Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine ein sehr großer Unterdruck im Ansaugtrakt auftritt. Die Menge des aus dem Kurbelgehäuse abzuführenden Kurbelgehäuseentlüftungsgases verhält sich allerdings dazu meist gerade umgekehrt, weil bei Vollast der Brennkraftmaschine die anfallende Gasmenge größer und bei Teillast oder im Schiebebetrieb kleiner ist.pressure in the intake tract, while at partial load or when the engine is coasting, a very large negative pressure occurs in the intake tract. However, the amount of crankcase ventilation gas to be discharged from the crankcase is usually the opposite, because the amount of gas produced is greater when the engine is at full load and smaller when it is coasting at partial load or when the engine is coasting.
Um dieser Problematik zu begegnen, ist es bekannt, in die Entlüftungsleitung ein selbsttätiges Drosselventil einzubauen. Ein erstes Drosselventil für diesen Zweck ist aus der DE 38 22 789 Al bekannt. Hierbei ist ein Ventilgehäuse mit einem Strömungseintrittsstutzen und einen Strömungsaustrittsstutzen sowie mit einem im Ventilgehäuse verschiebbar gelagerten Ventilkörper versehen, durch dessen Verschiebebewegung innerhalb einer Strömungsdurchtrittsöffnung in Drosselrichtung der freie Strömungsguerschnitt des Ventils reduzierbar ist. Der Strömungseintrittsstutzen ist mit dem Kurbelgehäuse verbunden, der Strömungsaustrittsstutzen ist mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden. Der Ventilkörper ist derart in Drosselrichtung durch den den Durchfluß des Strömungsmediums verursachenden Unterdruck am Strömungsaustrittsstutzen und gegen die Drosselrichtung von einem Federelement, vorzugsweise eine Blattfeder, mit einer definierten, progressiven Charakteristik der Federkraft in Abhängigkeit von dessen Auslenkung aus seiner Ausgangslage beaufschlagbar, daß das Drosselventil durch eine Überlagerung dieser beiden Beaufschlagungskräfte eine mit wachsendem Unterdruck am Strömungsaustrittsstutzen degressiv fallende Charakteristik des Volumenstroms durch die Strömungsdurchtrittsöffnung aufweist.In order to counteract this problem, it is known to install an automatic throttle valve in the ventilation line. A first throttle valve for this purpose is known from DE 38 22 789 A1. In this case, a valve housing is provided with a flow inlet nozzle and a flow outlet nozzle as well as with a valve body that is slidably mounted in the valve housing, the sliding movement of which within a flow passage opening in the throttle direction can reduce the free flow cross-section of the valve. The flow inlet nozzle is connected to the crankcase, the flow outlet nozzle is connected to the intake tract of the internal combustion engine. The valve body can be acted upon in the throttling direction by the negative pressure at the flow outlet nozzle causing the flow of the flow medium and against the throttling direction by a spring element, preferably a leaf spring, with a defined, progressive characteristic of the spring force depending on its deflection from its initial position, such that the throttle valve has a degressively falling characteristic of the volume flow through the flow passage opening as the negative pressure at the flow outlet nozzle increases due to a superposition of these two actuating forces.
Als nachteilig ist bei diesem bekannten Drosselventil insbesondere anzusehen, daß es nur einen sehr geringen Verstellweg des Ventilkörpers relativ zum Ventilsitz bie-A particular disadvantage of this known throttle valve is that it offers only a very small adjustment path of the valve body relative to the valve seat.
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tet, so daß schon kleine Verstellwege sehr große Änderungen des Durchlaßquerschnitts hervorrufen. Damit führen kleine mechanische Ungenauigkeiten schon zu einer relativ großen Streuung der festzustellenden Durchlaßquerschnitte bei unterschiedlichen Drosselventilen und gleichem anliegenden Unterdruck. Eine Vergrößerung des Bewegungsweges ist hier aufgrund der vorzugsweise verwendeten Blattfeder in der Praxis kaum möglich, da die Blattfeder nur einen begrenzten Federweg zuläßt. Schließlich ist bei diesem bekannten Drosselventil die Beeinflussung der Ventilcharakteristik, d.h. des jeweils vorliegenden Durchlaßguerschnitts in Abhängigkeit von den herrschenden Druckverhältnissen, nur schwierig und nur in begrenztem Umfang möglich. Damit ist dieses bekannte Drosselventil nur schwer an unterschiedliche Anwendungsfälle, die unterschiedliche Charakteristiken verlangen, anpaßbar.tet, so that even small adjustment paths cause very large changes in the passage cross-section. Small mechanical inaccuracies therefore lead to a relatively large scatter in the passage cross-sections to be determined for different throttle valves and the same applied negative pressure. In practice, an increase in the movement path is hardly possible here due to the leaf spring that is preferably used, since the leaf spring only allows a limited spring travel. Finally, with this known throttle valve, influencing the valve characteristics, i.e. the respective passage cross-section depending on the prevailing pressure conditions, is difficult and only possible to a limited extent. This means that this known throttle valve is difficult to adapt to different applications that require different characteristics.
Ein weiteres selbsttätiges Drosselventil für den gleichen Verwendungszweck ist aus der DE 40 22 129 C2 bekannt. Charakteristisch für dieses Ventil ist die Ausführung als Doppelventil mit zwei in einem Ventilgehäuse untergebrachten, hintereinander geschalteten Ventilsitzen und -platten für unterschiedliche Drücke, wobei beide Ventilplatten mit einer einzigen Membran verstellbar sind. Hierdurch soll auch bei großen Schwankungen des Unterdrucks im Ansaugtrakt ein möglichst konstanter Druck in dem zu entlüftenden Kurbelgehäuse gewährleistet werden. Another automatic throttle valve for the same purpose is known from DE 40 22 129 C2. This valve is characterized by its design as a double valve with two valve seats and plates arranged one behind the other in a valve housing for different pressures, whereby both valve plates can be adjusted with a single membrane. This is intended to ensure that the pressure in the crankcase to be vented is as constant as possible, even in the event of large fluctuations in the negative pressure in the intake tract.
Bei diesem zweiten bekannten Drosselventil ist insbesondere der hohe mechanische Aufwand mit vielen Einzelteilen als nachteilig anzusehen, da hierdurch hohe Herstellungskosten verursacht werden und die Gefahr von Fehlfunktionen des Ventils erhöht wird. Außerdem wird die Membran durch das an ihr gehalterte Zwischenventil belastet. Diese Belastung kann in der Praxis, insbesondere bei Einsatz an einer Brennkraftmaschine, durch stetigeThe disadvantage of this second known throttle valve is the high mechanical complexity with many individual parts, as this results in high manufacturing costs and increases the risk of valve malfunctions. In addition, the membrane is stressed by the intermediate valve attached to it. In practice, this stress can be increased by constant
Erschütterungen und kleine Bewegungen zu einem vorzeitigen Verschleiß und Undichtwerden der Membran führen.Shocks and small movements can lead to premature wear and leakage of the membrane.
Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Drosselventil der eingangs genannten Art zu schaffen, das die dargelegten Nachteile vermeidet und mit dem insbesondere eine vereinfachte Bauweise ermöglicht wird und bei dem zugleich eine einfache Anpassung an unterschiedliche Erfordernisse mit unterschiedlichen geforderten Ventilcharakteristiken möglich ist.The object of the present invention is therefore to create a throttle valve of the type mentioned at the outset which avoids the disadvantages outlined and which, in particular, enables a simplified design and which, at the same time, allows for simple adaptation to different requirements with different required valve characteristics.
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß das Drosselventil zwei Kraftelemente zur Erzeugung der Rückstellkraft aufweist, wobei ein erstes Kraftelement seine Rückstellkraft über den gesamten Bewegungsweg der Stellmembran auf diese ausübt und wobei ein zweites Kraftelement seine Rückstellkraft nur über einen zweiten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran auf diese ausübt, wobei dieser zweite Teil des Bewegungsweges der Weg zwischen einer Teilöffnung und der Schließstellung der Stellmembran ist.The object is achieved according to the invention in that the throttle valve has two force elements for generating the restoring force, wherein a first force element exerts its restoring force over the entire movement path of the control diaphragm and wherein a second force element exerts its restoring force only over a second part of the movement path of the control diaphragm, wherein this second part of the movement path is the path between a partial opening and the closed position of the control diaphragm.
Bei dem erfindungsgemäßen Drosselventil wird mit überraschend einfachen Mitteln die gewünschte und für den genannten Verwendungszweck geeignete Ventilcharakteristik erreicht. Auf dem ersten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran wird diese nur durch die Rückstellkraft des ersten Kraftelements beaufschlagt, so daß die Ventilcharakteristik innerhalb dieses Bewegungsbereichs der Stellmembran nur durch das erste Kraftelement bestimmt wird. Über einen zweiten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran, der zwischen einer Teilöffnung und der Schließstellung der Stellmembran verläuft, wird die Ventilcharakteristik durch die Überlagerung der Rückstellkräfte der beiden Kraftelemente festgelegt. Es wird so erreicht, daß auf dem ersten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran diese eine geringere Rückstellkraft und auf demThe throttle valve according to the invention achieves the desired valve characteristics suitable for the stated purpose using surprisingly simple means. On the first part of the movement path of the control diaphragm, it is only acted upon by the restoring force of the first force element, so that the valve characteristics within this movement range of the control diaphragm are determined only by the first force element. Over a second part of the movement path of the control diaphragm, which runs between a partial opening and the closed position of the control diaphragm, the valve characteristics are determined by the superposition of the restoring forces of the two force elements. This achieves that on the first part of the movement path of the control diaphragm, it has a lower restoring force and on the
zweiten Teil ihres Bewegungsweges eine stärkere Rückstellkraft erfährt. Somit genügen im ersten Teil des Bewegungsweges geringere Druckdifferenzen zur Erzeugung einer bestimmten Änderung des Druchlaßquerschnitts, während im zweiten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran zur Bewirkung der gleichen Änderung des Durchflußquerschnitts eine größere Druckdifferenz erforderlich ist. Diese Charakteristik entspricht genau den Anforderungen, die an ein Drosselventil für den genannten Verwendungszweck gestellt werden. Dabei kommt das erfindungsgemäße Drosselventil mit sehr wenigen Bauteilen aus, so daß eine einfache und wirtschaftliche Fertigung gewährleistet ist. Außerdem trägt die niedrige Zahl der Einzelteile zu einer Vereinfachung der Montage und damit zur Vermeidung von Montagefehlern bei. Schließlich sind im Betrieb des Drosselventils geringere Risiken für ein Versagen einzelner Teile gegeben, weil nur wenige Einzelteile vorhanden sind.second part of its movement path experiences a stronger restoring force. Thus, in the first part of the movement path, smaller pressure differences are sufficient to produce a certain change in the flow cross-section, while in the second part of the movement path of the control diaphragm a larger pressure difference is required to produce the same change in the flow cross-section. This characteristic corresponds exactly to the requirements placed on a throttle valve for the stated purpose. The throttle valve according to the invention has very few components, so that simple and economical production is guaranteed. In addition, the small number of individual parts helps to simplify assembly and thus avoid assembly errors. Finally, there is a lower risk of individual parts failing during operation of the throttle valve because there are only a few individual parts.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die zwei Kraftelemente durch zwei Federn gebildet sind, von denen die erste in ständigem Wirkeingriff mit der Stellmembran steht und von denen die zweite erst nach einem ersten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran in Schließrichtung in Wirkeingriff mit dieser gelangt.Preferably, the two force elements are formed by two springs, the first of which is in constant operative engagement with the control diaphragm and the second of which only comes into operative engagement with the control diaphragm after a first part of the movement path of the control diaphragm in the closing direction.
Dabei sind bevorzugt die beiden Federn Schraubenfedern unterschiedlicher Länge. Ergänzend können die Schraubenfedern auch noch unterschiedliche Federhärten aufweisen, wenn dies zweckmäßig ist. Schraubfedern sind vorteilhaft gängige und damit kostengünstige Bauelemente, die in vielen Ausführungen zur Verfügung stehen, sodaß durch Austausch von Federn das Drosselventil leicht in seiner Charakteristik veränderbar ist. Die beiden Federn können unterschiedliche Durchmesser aufweisen und konzentrisch zueinander angeordnet sein, wobei zuerst nur die eine Feder auf die Stel!membran wirkt und erst im zweiten TeilThe two springs are preferably coil springs of different lengths. In addition, the coil springs can also have different spring hardnesses if this is appropriate. Coil springs are advantageously common and therefore inexpensive components that are available in many designs, so that the throttle valve can easily be changed in its characteristics by exchanging springs. The two springs can have different diameters and be arranged concentrically to one another, with only one spring acting on the control membrane at first and only in the second part
des Verstellweges der Stellmembran auch die zweite Feder in Wirkeingriff mit der Stellmembran tritt. Alternativ können die beiden Federn gleichen Durchmesser haben und übereinander angeordnet sein, wobei dann unterschiedliche Federhärten nötig sind. Hierbei wird zunächst nur die weichere der beiden Federn komprimiert und erst im zweiten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran auch die zweite, härtere Feder komprimiert.of the adjustment path of the control diaphragm, the second spring also comes into active engagement with the control diaphragm. Alternatively, the two springs can have the same diameter and be arranged one above the other, in which case different spring hardnesses are necessary. In this case, only the softer of the two springs is initially compressed and only in the second part of the movement path of the control diaphragm is the second, harder spring also compressed.
In einer alternativen Ausgestaltung ist das eine Kraftelement durch eine Feder gebildet und das andere Kraftelement die mit einer Eigenrückstellkraft oder mit einem integrierten Kraftelement versehene Stellmembran selbst. Mit dieser Gestaltung wird die Zahl der Einzelteile nochmals vermindert, was die Herstellung einfacher macht und die Funktionssicherheit weiter erhöht.In an alternative design, one force element is formed by a spring and the other force element is the control diaphragm itself, which is provided with its own restoring force or with an integrated force element. This design further reduces the number of individual parts, which makes production easier and further increases functional reliability.
Eine andere Ausführung schlägt vor, daß anstelle der zwei Kraftelemente ein mindestens zwei unterschiedliche Rückstellkräfte ausübendes Kraftelement vorgesehen ist, das über einen ersten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran eine erste Rückstellkraft auf diese ausübt und das über einen zweiten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran eine zweite, größere Rückstellkraft auf diese ausübt. Bei dieser Ausführung wird eine nochmals geringere Zahl von Einzelteilen erreicht, was allerdings damit erkauft wird, daß das Kraftelement hier eine etwas kompliziertere Charakteristik und damit Gestaltung aufweisen muß.Another design proposes that instead of the two force elements, a force element is provided that exerts at least two different restoring forces, which exerts a first restoring force on the control diaphragm over a first part of the movement path of the control diaphragm and which exerts a second, greater restoring force on the control diaphragm over a second part of the movement path of the control diaphragm. With this design, an even smaller number of individual parts is achieved, but this is at the cost of the force element having to have somewhat more complicated characteristics and thus a more complicated design.
Bevorzugt ist für die vorgenannte Ausführung das Kraftelement eine Feder, die in einem ersten Teil ihrer Auslenkung eine erste Federhärte aufweist und die in einem zweiten Teil ihrer Auslenkung eine zweite, höhere Federhärte aufweist. Konkret kann diese Feder beispielsweise eine Schraubenfeder mit einer in Abhängigkeit von ihrem Kompressionsweg mindestens zwei verschiedene Werte auf-Preferably, for the above-mentioned embodiment, the force element is a spring which has a first spring hardness in a first part of its deflection and a second, higher spring hardness in a second part of its deflection. In concrete terms, this spring can be, for example, a helical spring with at least two different values depending on its compression path.
weisenden Federhärte sein. Diese unterschiedlichen Federhärten in Abhängigkeit vom Kompressionsweg können beispielsweise durch unterschiedliche Windungsdichten oder Windungsstärken innerhalb einer Feder erzeugt werden.These different spring hardnesses depending on the compression path can be created, for example, by different winding densities or winding thicknesses within a spring.
Für alle vorbeschriebenen Ausführungen des Drosselventils besteht die Möglichkeit, daß es zusätzlich einen den Durchlaßquerschnitt maximal auf einen Teil-Durchlaßquerschnitt reduzierenden Schieber mit einem mit der Stellmembran verbundenen beweglichen Schieberteil und einem feststehenden Schieberteil umfaßt, wobei der bewegliche Schieberteil seine Schließstellung nach einem ersten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran in deren Schließrichtung erreicht und seine Schließstellung im folgenden weiteren Bewegungsweg der Stellmembran in deren Schließrichtung beibehält. Dieser zusätzlich vorhandene Schieber dient insbesondere dazu, die Ventilcharakteristik in einem noch weitergehenden Maße an unterschiedliche Anforderungen flexibel anpassen zu können.For all the previously described versions of the throttle valve, it is possible to additionally include a slide that reduces the passage cross-section to a maximum of a partial passage cross-section, with a movable slide part connected to the control diaphragm and a fixed slide part, whereby the movable slide part reaches its closed position after a first part of the movement path of the control diaphragm in its closing direction and maintains its closed position in the subsequent further movement path of the control diaphragm in its closing direction. This additional slide serves in particular to be able to flexibly adapt the valve characteristics to different requirements to an even greater extent.
In einer ersten bevorzugten Ausführung sind die Schieberteile durch zwei ineinander verschieblich geführte Rohrabschnitte gebildet, wobei die Rohrabschnitte mit in Abhängigkeit von ihrem Verschiebungsweg relativ zueinander sich maximal bis nicht überdeckenden Ausschnitten versehen sind. Bei maximaler Überdeckung der Ausschnitte in den Rohrabschnitten steht der größtmögliche Durchlaßquerschnitt des Drosselventils zur Verfügung; bei zunehmender Verschiebung der Rohrabschnitte gegeneinander durch die sich bewegende Stellmembran wird der Überdeckungsgrad der Ausschnitte vermindert, bis er im Extremfall den Wert Null erreicht. In dieser Stellung der Rohrabschnitte gegeneinander ist der Durchlaßquerschnitt des Drosselventils um einen vorgebbaren maximalen Betrag vermindert, wobei aber immer noch ein bestimmter Teil-Durchlaßquerschnitt des Drosselventils frei bleibt. Erst bei einer weiteren Verstellung der Stellmembran bis in ihreIn a first preferred embodiment, the slide parts are formed by two pipe sections that can be moved inside one another, whereby the pipe sections are provided with cutouts that overlap one another to a maximum or not at all, depending on their displacement path relative to one another. When the cutouts in the pipe sections overlap to the maximum, the largest possible passage cross-section of the throttle valve is available; as the pipe sections are increasingly displaced relative to one another by the moving control diaphragm, the degree of overlap of the cutouts is reduced until, in extreme cases, it reaches the value of zero. In this position of the pipe sections relative to one another, the passage cross-section of the throttle valve is reduced by a predeterminable maximum amount, whereby a certain partial passage cross-section of the throttle valve still remains free. Only when the control diaphragm is adjusted further to its
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Schließstellung ist das Drosselventil schließlich ganz geschlossen, wobei in diesem Teil der Verstellung der Schieber seine Schließstellung beibehält.In the closed position, the throttle valve is finally completely closed, whereby the slide maintains its closed position during this part of the adjustment.
Alternativ sind die Schieberteile durch zwei gegeneinander verschieblich geführten Blendenplatten gebildet, wobei die Blendenplatten mit in Abhängigkeit von ihrem Verschiebungsweg relativ zueinander sich maximal bis nicht überdeckenden Ausschnitten versehen sind. Die Wirkungsweise der Blendenplatten stimmt mit der Wirkungsweise der zuvor erläuterten Rohrabschnitt überein, wobei der Unterschied im wesentlich nur darin besteht, daß die Rohrabschnitte einen dreidimensionalen Körper bilden, während die Blendenplatten sich nur in zwei Dimensionen innerhalb des Drosselventils erstrecken.Alternatively, the slide parts are formed by two orifice plates that are guided so that they can slide relative to one another, whereby the orifice plates are provided with cutouts that overlap one another to a maximum or not at all, depending on their displacement path relative to one another. The way the orifice plates work corresponds to the way the pipe sections explained above work, whereby the only difference is essentially that the pipe sections form a three-dimensional body, whereas the orifice plates only extend in two dimensions within the throttle valve.
Sowohl bei Ausführung der Schieberteile als Rohrabschnitte als auch bei der Ausführung der Schieberteile als Blendenplatten können diese zur Zentrierung und Führung der Stellmembran benutzt werden, wodurch sie eine zweite Funktion erhalten.Both when the slide parts are designed as pipe sections and when the slide parts are designed as orifice plates, they can be used to center and guide the control diaphragm, thus giving them a second function.
Schließlich wird zur weiteren Einsparung von Einzelteilen noch vorgeschlagen, daß ein in Schließstellung des Drosselventils an dem Ventilsitz in Anlage kommender Ventilkörper einstückig mit der Stellmembran ausgebildet ist. Im einfachsten Fall genügt zur Bildung des Ventilkörpers eine Materialverdickung im zentralen Bereich der Stellmembran, wodurch eine ausreichende Formbeständigkeit erreicht wird, die der Ventilkörper zur Erfüllung seiner Funktion haben muß.Finally, to further save on individual parts, it is proposed that a valve body which comes into contact with the valve seat when the throttle valve is in the closed position is formed in one piece with the control diaphragm. In the simplest case, a thickening of the material in the central area of the control diaphragm is sufficient to form the valve body, thereby achieving sufficient dimensional stability, which the valve body must have in order to fulfil its function.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:Two embodiments of the invention are explained below with reference to a drawing. The figures of the drawing show:
Figur 1 bis Figur 3 ein erstes Drosselventil in drei verschiedenen Ventilstellungen, jeweils im Querschnitt, undFigure 1 to Figure 3 a first throttle valve in three different valve positions, each in cross section, and
Figur 4 bis Figur 6 das Drosselventil in einer zweitenFigure 4 to Figure 6 the throttle valve in a second
Ausführung, wieder in drei verschiedenen Ventilstellungen, jeweils im Querschnitt.Version, again in three different valve positions, each in cross-section.
Das Drosselventil 1 gemäß den Figuren 1 bis 3 besitzt ein in seiner Grundform niedriges hohlzylindrisches Gehäuse 10, das hier mit seiner Unterseite auf der Oberseite eines in der Zeichnung nur noch teilweise sichtbaren Ölnebelabscheiders angebracht ist. Nach oben hin ist das Gehäuse 10 durch einen Deckel 10' verschlossen. Zwischen dem Gehäuse 10 und dem Deckel 10' ist eine Stellmembran 13 dichtend eingespannt. Im Deckel 10' ist ein Luftkanal 10'' angebracht, der eine Verbindung des oberhalb der Membran 13 liegenden Raums 102 mit der Umgebungsatmosphäre schafft. Der Raum 101 unterhalb der Membran 13 wird von dem aus einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine kommenden Kurbelgehäuseentlüftungsgas durchströmt, wie durch Strömungspfeile angedeutet ist. Dabei gelangt das Kurbelgehäuseentlüftungsgas durch einen im unteren Teil des Gehäuses 10 liegenden Gaseinlaß 11 in das Drosselventil 1. Durch einen Gasauslaß 12 verläßt das Kurbelgehäuseentlüftungsgas das Drosselventil 1 in Richtung zum Ansaugtrakt einer zugehörigen Brennkraftmaschine.The throttle valve 1 according to Figures 1 to 3 has a hollow cylindrical housing 10 which is low in its basic form and which is attached here with its underside to the top of an oil mist separator which is only partially visible in the drawing. The housing 10 is closed at the top by a cover 10 ' . An adjusting diaphragm 13 is clamped in a sealing manner between the housing 10 and the cover 10'. An air duct 10'' is attached in the cover 10', which creates a connection between the space 102 above the diaphragm 13 and the ambient atmosphere. The space 101 below the diaphragm 13 is flowed through by the crankcase ventilation gas coming from the crankcase of an internal combustion engine, as indicated by flow arrows. The crankcase ventilation gas enters the throttle valve 1 through a gas inlet 11 located in the lower part of the housing 10. The crankcase ventilation gas leaves the throttle valve 1 through a gas outlet 12 in the direction of the intake tract of an associated internal combustion engine.
Die Membran 13 ist in ihrem zentralen Bereich mit einer Verdickung ausgeführt, die einen mit der übrigen Membran 13 einstückigen Ventilkörper 13' bildet. Unterhalb des Ventilkörpers 13' liegt ein Ventilsitz 14, der hier durch das ringförmige Ende des nach oben weisenden, ventilseitigen Endes des Gasauslasses 12 gebildet ist.The membrane 13 is designed in its central area with a thickening which forms a valve body 13' which is integral with the rest of the membrane 13. Below the valve body 13' there is a valve seat 14 which is formed here by the annular end of the upwardly pointing, valve-side end of the gas outlet 12.
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Weiterhin umfaßt das Drosselventil 1 gemäß den Figuren 1 bis 3 zwei Kraftelemente, die hier durch zwei konzentrisch zueinander angeordnete Schraubenfedern 15, 16 gebildet sind. Dabei ist wesentlich, daß die Schraubenfedern 15, 16 unterschiedliche Höhen aufweisen. Die innere Schraubenfeder 15 besitzt eine so große Höhe, daß sie in stetiger Wirkanlage an der Stellmembran 13 liegt. An ihrem der Stellmembran 13 entgegengesetzten Ende ist die Schraubenfeder 15 an einer Abstützfläche innerhalb des Gehäuses 10 fest abgestützt.Furthermore, the throttle valve 1 according to Figures 1 to 3 comprises two force elements, which here are formed by two helical springs 15, 16 arranged concentrically to one another. It is important that the helical springs 15, 16 have different heights. The inner helical spring 15 has such a high height that it is in constant contact with the control diaphragm 13. At its end opposite the control diaphragm 13, the helical spring 15 is firmly supported on a support surface within the housing 10.
Die dazu koaxiale, äußere Schraubenfeder 16 ist an der gleichen Abstützfläche abgestützt, hat aber eine geringere Höhe als die innere Schraubenfeder 15, wie die Figur 1 verdeutlicht. In dieser Figur 1 ist das Drosselventil 1 in seiner maximal geöffneten Stellung dargestellt, die eingenommen wird, wenn im Gasauslaß 12 nur ein so schwacher Unterdruck herrscht, daß er die Stellmembran 13 mit dem Ventilkörper 13' nicht gegen die Kraft der inneren Schraubenfeder 15 nach unten hin auslenken kann. Das obere Ende der äußeren Schraubenfeder 16 liegt hier in einem Abstand von der Unterseite der Stellmembran 13, so daß in diesem Zustand die äußere Schraubenfeder 16 keinen Einfluß auf die Charakteristik des Drosselventils 1 hat.The coaxial outer coil spring 16 is supported on the same support surface, but has a lower height than the inner coil spring 15, as shown in Figure 1. In this Figure 1, the throttle valve 1 is shown in its maximum open position, which is assumed when the negative pressure in the gas outlet 12 is so weak that it cannot deflect the control diaphragm 13 with the valve body 13' downwards against the force of the inner coil spring 15. The upper end of the outer coil spring 16 is at a distance from the underside of the control diaphragm 13, so that in this state the outer coil spring 16 has no influence on the characteristics of the throttle valve 1.
Die Figur 2 zeigt das Drosselventil 1 aus Figur 1 in einer teilweise geschlossenen Stellung, in der der Durchlaßguerschnitt durch das Drosselventil 1 vermindert ist. Hier ist nun sichtbar, daß die Stellmembran 13 nach unten hin ausgelenkt ist, was dadurch verursacht ist, daß ein stärkerer Unterdruck innerhalb des Gasauslasses 12 vorliegt. Hierdurch ist die Stellmembran 13 gegen die Kraft der inneren Schraubenfeder 15 nach unten hin ausgelenkt, bis die Unterseite der Stellmembran 13 in Anlage an das obere Ende der äußeren Schraubenfeder 16 gelangt. Ab diesem Moment ist die Stellmembran 13 einer größerenFigure 2 shows the throttle valve 1 from Figure 1 in a partially closed position, in which the passage cross-section through the throttle valve 1 is reduced. Here it is now visible that the control membrane 13 is deflected downwards, which is caused by the fact that there is a stronger negative pressure within the gas outlet 12. As a result, the control membrane 13 is deflected downwards against the force of the inner coil spring 15 until the underside of the control membrane 13 comes into contact with the upper end of the outer coil spring 16. From this moment on, the control membrane 13 is subjected to a greater
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Rückstellkraft ausgesetzt, da sie nun die addierten Kräfte beider Schraubenfedern 15, 16 als Rückstellkraft erfährt. exposed to a restoring force, since it now experiences the added forces of both coil springs 15, 16 as a restoring force.
Figur 3 zeigt das Drosselventil 1 gemäß Figur 1 und 2 nun in seiner Schließstellung. In dieser Schließstellung liegt der Ventilkörper 13' in Anlage an den Ventilsitz 14, so daß der Durchlaßquerschnitt des Drosselventils 1 auf Null reduziert ist. Diese Stellung des Drosselventils 1 wird erst erreicht, wenn der Unterdruck im Gasauslaß 12 so stark ist, daß er die Membran 13 gegen die addierten Rückstellkräfte beider Schraubenfedern 15, 16 nach unten bis zur Anlage des Ventilkörpers 13' am Ventilsitz 14 auslenkt.Figure 3 shows the throttle valve 1 according to Figures 1 and 2 in its closed position. In this closed position, the valve body 13' rests against the valve seat 14, so that the passage cross-section of the throttle valve 1 is reduced to zero. This position of the throttle valve 1 is only reached when the negative pressure in the gas outlet 12 is so strong that it deflects the membrane 13 downwards against the added restoring forces of both coil springs 15, 16 until the valve body 13' rests against the valve seat 14.
Außer den in den Zeichnungsfiguren gezeigten Stellungen kann die Stellmembran 13 selbstverständlich entsprechend dem gerade herrschenden Unterdruck im Gasauslaß 12 jede Zwischenstellung einnehmen.In addition to the positions shown in the drawings, the control diaphragm 13 can of course assume any intermediate position depending on the negative pressure currently prevailing in the gas outlet 12.
Mit diesem Drosselventil 1 und den darin angeordneten unterschiedlich hohen Schraubenfedern 15, 16 unter der Membran 13 wird also eine Charakteristik erreicht, die zumindest zwei unterschiedliche Steigungen im Verlauf des Durchlaßquerschnitts in Abhängigkeit vom anstehenden Unterdruck im Gasauslaß 12 aufweist. Wenn der Unterdruck im Gasauslaß 12 noch nicht besonders stark ist, wird die Ventilcharakteristik durch die höhere Schraubenfeder 15 bestimmt; wenn der Unterdruck im Gasauslaß 12 stärker wird, wird die Ventilcharakteristik durch die überlagerten Kräfte der beiden Schraubenfedern 15, 16 festgelegt. Im ersten Bewegungsbereich der Stellmembran 13 genügen also relativ kleine Änderungen des Unterdrucks im Gasauslaß 12 zur Veränderung des Durchlaßquerschnitts um ein bestimmtes Maß, während im zweiten Teil des Bewegungsweges der Stellmembran 13 größere Unterschiede des Unterdrucks im Gasauslaß 12 erforderlich sind, um die gleicheWith this throttle valve 1 and the coil springs 15, 16 of different heights arranged therein under the membrane 13, a characteristic is achieved which has at least two different gradients in the course of the passage cross-section depending on the prevailing negative pressure in the gas outlet 12. If the negative pressure in the gas outlet 12 is not yet particularly strong, the valve characteristic is determined by the higher coil spring 15; if the negative pressure in the gas outlet 12 becomes stronger, the valve characteristic is determined by the superimposed forces of the two coil springs 15, 16. In the first movement range of the control membrane 13, relatively small changes in the negative pressure in the gas outlet 12 are therefore sufficient to change the passage cross-section by a certain amount, while in the second part of the movement path of the control membrane 13, larger differences in the negative pressure in the gas outlet 12 are required in order to achieve the same
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Änderung des Durchlaßquerschnitts zu bewirken.To cause a change in the passage cross-section.
Die Figuren 4 bis 6 der Zeichnung zeigen eine zweite Ausführung des Drosselventils 1. Bei dieser Ausführung des Drosselventils 1 ist ebenfalls ein Gehäuse 10 mit einem Gaseinlaß 11 und einem Gasauslaß 12 vorhanden, wobei das Gehäuse 10 auch hier wieder an seiner Oberseite durch einen Deckel 10' verschlossen ist, der über eine Luftbohrung 10" mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Stellmembran 13 ist hier nach Art eines fliegenden Kolbens innerhalb des Gehäuses 10 in dessen Längsrichtung verschieblich. Unterhalb der Membran liegt ein Raum 101, in dem der Druck durch den Druck im Gasauslaß 12, der auch hier mit dem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verbunden ist, bestimmt wird, während oberhalb der Membran 13 ein Raum 102 liegt, in dem der atmosphärische Luftdruck herrscht.Figures 4 to 6 of the drawing show a second embodiment of the throttle valve 1. In this embodiment of the throttle valve 1, there is also a housing 10 with a gas inlet 11 and a gas outlet 12, whereby the housing 10 is again closed at its top by a cover 10', which is connected to the atmosphere via an air hole 10". The control diaphragm 13 is movable in the longitudinal direction of the housing 10 like a flying piston. Below the diaphragm there is a space 101 in which the pressure is determined by the pressure in the gas outlet 12, which is also connected to the intake tract of an internal combustion engine, while above the diaphragm 13 there is a space 102 in which the atmospheric air pressure prevails.
Weiterhin ist für diese zweite Ausführung des Drosselventeils 1 charakteristisch, daß es zusätzlich einen Schieber 2 umfaßt. Der Schieber 2 besteht hier aus zwei ineinander verschieblich geführten Rohrabschnitten 21, 22. Der obere Rohrabschnitt 21 ist mit der Unterseite der Stellmembran 13 in deren Zentrum verbunden, während der untere Rohrabschnitt 22 gehäusefest ist. Die beiden Rohrabschnitte 21, 22 des Schiebers 2 sind mit Durchbrechungen oder Ausschnitten 23, 23' versehen, die in dem in Figur 4 gezeigten Zustand des Drosselventils 1 vollständig freigegeben sind, so daß nun der maximal mögliche Durchlaßquerschnitt des Drosselventils 1 zur Verfügung steht. Außer den Ausschnitten 23, 23' bildet auch der freie, ringförmige Spaltraum zwischen dem Schieber 2 und dem Ventilsitz 14 einen Anteil am Durchlaßquerschnitt des Drosselventils 1.Another characteristic feature of this second embodiment of the throttle valve part 1 is that it also includes a slide 2. The slide 2 here consists of two pipe sections 21, 22 that slide into one another. The upper pipe section 21 is connected to the underside of the control diaphragm 13 in its center, while the lower pipe section 22 is fixed to the housing. The two pipe sections 21, 22 of the slide 2 are provided with openings or cutouts 23, 23' that are completely exposed in the state of the throttle valve 1 shown in Figure 4, so that the maximum possible passage cross-section of the throttle valve 1 is now available. In addition to the cutouts 23, 23', the free, annular gap between the slide 2 and the valve seat 14 also forms part of the passage cross-section of the throttle valve 1.
Unterhalb des oberen Rohrabschnitts 21 ist eine Schraubenfeder 15 als erstes Kraftelement angeordnet, die anBelow the upper tube section 21, a coil spring 15 is arranged as the first force element, which
ihrem unteren Ende gehäusefest abgestützt ist und deren oberes Ende sich an dem unteren Ende des oberen Rohrabschnitts 21 abstützt. Über den oberen Rohrabschnitt 21 übt diese Schraubenfeder 15 in jeder beliebigen Stellung der Stellmembran 13 auf diese eine Rückstellkraft aus.its lower end is supported fixedly to the housing and its upper end is supported on the lower end of the upper tube section 21. This helical spring 15 exerts a restoring force on the control diaphragm 13 via the upper tube section 21 in any position thereof.
Schließlich umfaßt das Drosselventil 1 gemäß den Figuren 4 bis 6 noch ein weiteres Kraftelement 16, das hier in Form einer Scheibenfeder in die Stellmembran 13 integriert ist. Die Scheibenfeder 16 umgibt dabei das obere Ende des oberen Rohrabschnitts 21. Der Außendurchmesser der Scheibenfeder 16 ist dabei etwas größer als der Außendurchmesser des Ventilsitzes 14.Finally, the throttle valve 1 according to Figures 4 to 6 comprises a further force element 16, which is integrated in the control diaphragm 13 in the form of a disc spring. The disc spring 16 surrounds the upper end of the upper pipe section 21. The outer diameter of the disc spring 16 is slightly larger than the outer diameter of the valve seat 14.
In Figur 4 ist das Drosselventil 1 in einem Zustand gezeigt, in dem es seinen maximalen Durchlaßquerschnitt aufweist und in dem die Stellmembran 13 ihre höchste Stellung einnimmt, in welche sie durch die Rückstellkraft der Schraubenfeder 15 gebracht wird. Dieser Zustand bleibt solange bestehen, wie der im Gasauslaß 12 herrschende Unterdruck so schwach ist, daß er die Membran 13 nicht gegen die Rückstellkraft der Schraubenfeder 15 nach unten bewegen kann.In Figure 4, the throttle valve 1 is shown in a state in which it has its maximum passage cross-section and in which the control diaphragm 13 assumes its highest position, into which it is brought by the restoring force of the coil spring 15. This state remains as long as the negative pressure prevailing in the gas outlet 12 is so weak that it cannot move the diaphragm 13 downwards against the restoring force of the coil spring 15.
Sobald der Unterdruck im Gasauslaß 12 stärker wird, wird die Stellmembran 13 zusammen mit dem an ihr angebrachten oberen Rohrabschnitt 21 gegen die Kraft der Schraubenfeder 15 nach unten bewegt. Diese Bewegung führt dazu, daß die Ausschnitte 23, 23' in den Rohrabschnitten 21, 22 zunächst teilweise und schließlich ganz überdeckt und dadurch verschlossen werden, so daß sie einen abnehmenden und schließlich auf Null gehenden Anteil am Durchlaßquerschnitt haben.As soon as the negative pressure in the gas outlet 12 increases, the control diaphragm 13, together with the upper pipe section 21 attached to it, is moved downwards against the force of the coil spring 15. This movement leads to the cutouts 23, 23' in the pipe sections 21, 22 initially being partially and then completely covered and thereby closed, so that they have a decreasing and finally zero share of the passage cross-section.
Der Zustand mit einem reduzierten Anteil der Ausschnitte 23, 23' am Durchlaßquerschnitt ist in Figur 5 gezeigt. Bei noch stärkerem Unterdruck im Gasauslaß 12 wandertThe state with a reduced proportion of the cutouts 23, 23' in the passage cross-section is shown in Figure 5. With even stronger negative pressure in the gas outlet 12,
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die Stellmembran 13 noch weiter nach unten, bis die Windungen der Schraubenfeder 15 aufeinanderliegen, also einen Anschlag gegen eine weitere Verstellung des oberen Rohrabschnitts 21 bildet. Alternativ kann auch ein separater fester Anschlag gehäuseseitig vorgesehen sein, wenn die weitere Verschiebung des oberen Rohrabschnitts 21 schon früher beendet werden soll.the control diaphragm 13 moves further downwards until the turns of the coil spring 15 lie on top of each other, thus forming a stop against further adjustment of the upper tube section 21. Alternatively, a separate fixed stop can be provided on the housing side if the further displacement of the upper tube section 21 is to be stopped earlier.
Figur 6 der Zeichnung schließlich zeigt das Drosselventil 1 gemäß Figur 4 und 5 in einem Zustand, den es einnimmt, wenn ein sehr starker Unterdruck im Gasauslaß 12 herrscht. Der obere Rohrabschnitt 21 des Schiebers 2 hat hier seine tiefste Stellung erreicht, in der der Schieber 2 keinen Anteil am Durchlaßquerschnitt mehr hat. Außerdem ist die Stellmembran 13 im Bereich der in sie integrierten Scheibenfeder 16 durch den starken Unterdruck nach unten hin ausgelenkt und zwar so weit, daß die Stellmembran 13 in dichtende Anlage an den Ventilsitz 14 gelangt ist. Der zentrale Bereich der Stellmembran 13, der mit dem oberen Rohrabschnitt 21 verbunden ist, behält dabei seine Lage bei. In diesem Zustand ist das Drosselventil 1 vollständig geschlossen.Finally, Figure 6 of the drawing shows the throttle valve 1 according to Figures 4 and 5 in a state that it assumes when there is a very strong negative pressure in the gas outlet 12. The upper pipe section 21 of the slide 2 has reached its lowest position in which the slide 2 no longer has any part in the passage cross-section. In addition, the control diaphragm 13 is deflected downwards in the area of the disc spring 16 integrated into it by the strong negative pressure, to such an extent that the control diaphragm 13 has come into sealing contact with the valve seat 14. The central area of the control diaphragm 13, which is connected to the upper pipe section 21, retains its position. In this state, the throttle valve 1 is completely closed.
Wenn der Unterdruck im Gasauslaß 12 nachläßt, bewegt sich zunächst die Stellmembran 13 wieder vom Ventilsitz 14 weg nach oben; danach bewegt sich bei weiterhin schwächer werdendem Unterdruck im Gasauslaß 12 die Stellmembran 13 zusammen mit dem oberen Rohrabschnitt 21 des Schiebers 2 unter der Wirkung der Schraubenfeder 15 nach oben. Die jeweils eingenommene Stellung der Stellmembran 13 hängt vom Unterdruck im Gasauslaß 12 ab.When the negative pressure in the gas outlet 12 decreases, the control diaphragm 13 initially moves upwards away from the valve seat 14; then, as the negative pressure in the gas outlet 12 continues to decrease, the control diaphragm 13 moves upwards together with the upper tube section 21 of the slide 2 under the action of the coil spring 15. The position assumed by the control diaphragm 13 at any one time depends on the negative pressure in the gas outlet 12.
Der in Abhängigkeit von der Stellung der Stellmembran jeweils vorliegende Durchlaßquerschnitt dieses Drosselventils 1 hängt unter anderem von der Gestaltung des Schiebers 2 und seiner Ausschnitte 23, 23' ab. Weiterhin kann die Ventilcharakteristik durch die Federcharakteris-The passage cross-section of this throttle valve 1, which is dependent on the position of the control diaphragm, depends, among other things, on the design of the slide 2 and its cutouts 23, 23'. Furthermore, the valve characteristics can be determined by the spring characteristics.
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tik der Schraubenfeder 15 beeinflußt werden. Eine weitere Beeinflussung der Ventilcharakteristik kann durch die Wirkfläche und die Materialeigenschaften der Stellmembran
13 und durch die Eigenschaften der Scheibenfeder 16 erfolgen, so daß viele Möglichkeiten bestehen, die Charakteristik
des Drosselventils 1 an unterschiedliche Erfordernisse und Vorgaben anzupassen.tics of the coil spring 15. The valve characteristics can be further influenced by the effective area and the material properties of the control diaphragm
13 and the properties of the disc spring 16, so that there are many possibilities to change the characteristics
of the throttle valve 1 to different requirements and specifications.
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|---|---|---|---|
| DE20016214U DE20016214U1 (en) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | Throttle valve for automatic regulation of the pressure in the crankcase of an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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