DE20122494U1

DE20122494U1 - Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelgehäuse eines Brennkraftmotors

Info

Publication number: DE20122494U1
Application number: DE20122494U
Authority: DE
Original assignee: Alfmeier Praezision AG Baugruppen und Systemlosungen
Current assignee: Alfmeier Praezision SE
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2011-09-18

Abstract

Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelgehäuse eines Brennkraftmotors mit zwei in Reihe geschalteten Druckregelventilen (1, 2), wobei
– das erste Druckregelventil (1) im Montagezustand mit dem Kurbelgehäuse und das zweite Druckregelventil (2) mit einem Saugrohr des Brennkraftmotors verbunden ist und
– das zweite Druckregelventil (2) auf einen Arbeitsunterdruck eingestellt ist, der zwischen dem maximalen Unterdruck des Saugrohrs und dem Arbeitsunterdruck des ersten Druckregelventils (1) liegt,
– die Druckregelventile (1, 2) jeweils ein als elastische Membran ausgebildetes, in Schließrichtung atmosphären- und in Öffnungsrichtung federbelastetes Schließelement aufweisen,
– die beiden Druckregelventile (1, 2) in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sind und ihre Schließelemente Teilbereiche einer einstückigen Membran (5) sind,
– das Schließelement des zweiten Druckregelventils (2) von einem zentralen Membranbereich (29a) und das Schließelement des ersten Druckregelventils (1) von einem diesen mit Radialabstand umfassenden ringförmigen Membranbereich (29) gebildet ist,
– zwei konzentrisch angeordnete, mit den Membranbereichen (29, 29a) zusammen...

Description

Die Erfindung betrifft eine Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelgehäuse eines Brennkraftmotors. Eine solche Vorrichtung dient dazu, aus dem Verbrennungsraum des Motors in das Kurbelgehäuse übergetretene Gase abzusaugen, um zu verhindern, dass diese in die Umwelt gelangen oder die Schmiereigenschaften des Motoröls negativ verändern. Die Entlüftungsvorrichtung ist einerseits mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses und andererseits mit dem Ansaugkanal bzw. dem Saugrohr des Motors verbunden. Im Saugrohr können Unterdrücke bis zu etwa –800 hPa herrschen. Ein solch hoher Unterdruck ist im Kurbelgehäuse unerwünscht, z.B. um das Ansaugen von Luft über die Kurbelwellendichtungen zu verhindern. In Entlüftungsvorrichtungen ist deshalb eine Ventilanordnung vorgesehen, die den Kurbelgehäuseunterdruck auf einen zulässigen Wert begrenzt.
Bei solchen beispielsweise aus DE 195 07 202 C2 und DE 296 17 263 U1 bekannten Vorrichtungen ist ein einziges Druckregelventil vorhanden, dessen im Montagezustand mit dem Saugrohr verbundene Auslassöffnung von einem in Schließrichtung von Atmosphärendruck und in Öffnungsrichtung vom Unterdruck des Kurbelgehäuses und von einer Feder beaufschlagten Schließelement gesteuert ist.
Aus der DE 18 83 625 U ist ein zweistufiges Druckregelventil bekannt, dem bei dem eigentlichen Druckregelventil als zweite Stufe ein bei laufendem Motor stets geöffnetes Ventil zur Unterdruckseite des Vergasers hin in Reihe vorgeschaltet ist. Bei stehendem Motor bzw. zum Anlassen desselben ist das zweite Ventil geschlossen. Das erste Ventil arbeitet bei laufendem Motor in herkömmlicher Weise.
Die DE 40 22 129 A1 offenbart ein ebenfalls zweistufiges Druckregelventil, bei dem beide Teilventile parallel geschaltet sind. Bei geringen am Ventil anliegenden Druckdifferenzen sind beide Teilventile geöffnet. Bei zunehmender Druckdifferenz schließt das erste Teilventil vollständig und das zweite Teilventil arbeitet in herkömmlicher Weise. Hierdurch ist der Gasdurchsatz bei geringen Druckdifferenzen erhöht.
Während im Saugrohr Unterdrücke bis zu –800 hPa auftreten können, ist der Unterdruck im Kurbelgehäuse wesentlich geringer und bewegt sich beispielsweise im Bereich von –25 bis –50 hPa. Das Druckregelventil muss daher so ausgelegt sein, dass es praktisch über den gesamten Unterdruckbereich des Saugrohres arbeitet. Das Schließelement des Druckregelventils wird dabei durch die an ihm anliegende Druckdifferenz gegen die Kraft der Feder soweit in Richtung auf einen Ventilsitz zubewegt, bis zwischen diesem und dem Schließelement nur noch ein enger Durchtrittsspalt vorhanden ist, durch den das aus dem Kurbelgehäuse abgesaugte Gas hindurchtritt. Es stellt sich ein derartiger dynamischer Zustand ein, dass eingangsseitig bzw. im Kurbelgehäuse der gewünschte Soll-Arbeitsdruck herrscht. Wenn nun der Unterdruck im Saugrohr bzw. im Bereich der Auslassöffnung des Druckregelventils steigt, wird das Schließelement zusehend gegen den die Auslassöffnung umfassenden Ventilsitz bewegt, so dass der Spalt dazwischen immer kleiner und der Widerstand für das hindurchgesaugte Kurbelgehäusegas immer größer wird. Dies führt schließlich dazu, dass der Zustrom an Schadgasen in das Kurbelgehäuse größer ist als die zum Saugrohr strömende Gasmenge. Trotz zunehmendem Unterdruck im Saugrohr kommt es daher bei den herkömmlichen Ventilen zu einem Absinken des Unterdrucks im Kurbelgehäuse und einer Reduzierung der daraus abgesaugten Schadgasmenge.
Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Entlüftungsvorrichtung vorzuschlagen, bei der dieser Nachteil umgangen ist.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Entlüftungsvorrichtung ein erstes und ein zweites Druckregelventil umfasst, wobei das erste Druckregelventil im Montagezustand einlassseitig mit dem Kurbelgehäuse und das zweite Druckregelventil auslassseitig mit dem Saugkanal bzw. dem Saugrohr des Motors verbunden ist. Das zweite Druckregelventil ist auf einen Arbeits-Unterdruck eingestellt, der zwischen dem maximalen Unterdruck des Saugrohrs und dem Arbeits-Unterdruck des ersten Druckregelventils bzw. dem Soll-Unterdruck im Kurbelgehäuse liegt. Auf diese Weise kann der auslassseitig am ersten Druckregelventil anstehende Unterdruck auf einen Wert begrenzt werden, bei dem der oben geschilderte Effekt nicht oder nur in geringem Ausmaß auftritt.
Prinzipiell können für die Entlüftungsvorrichtung zwei separate Druckregelventile zum Einsatz kommen. Aus fertigungs- und montagetechnischer Sicht, sowie aus Gründen der Platzersparnis sind jedoch beide Ventile in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst und die Schließelemente sind Teilbereiche einer einstückigen elastischen Membran. Ein zentraler Membranbereich bildet das Schließelement des zweiten Druckregelventils und ein diesen mit Radialabstand umgebender Membranbereich bildet das Schließelement des ersten Druckregelventils. Es ist also insgesamt eine etwa kreisförmige oder ovale Umrissform des Ventilgehäuses und der Membran vorgesehen. Der Membran entsprechend sind ein innenliegender, die Auslassöffnung des zweiten Druckregelventils ringförmig umfassender, mit dem Schließelement des ersten Druckregelventils zusammenwirkender Dichtsitz sowie ein diesen mit Radialabstand umfassender und mit dem Schließelement des ersten Druckregelventils zusammenwirkender Dichtsitz vorgesehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei konzentrisch angeordnete Schraubenfedern vorhanden, die sich einerseits an der Unterseite der Membran und andererseits an einer die Dichtsitze tragenden Gehäusewand abstützen. Entsprechend dem größeren Arbeits-Unterdruck des zweiten Druckregelventils ist die innere Schraubenfeder stärker ausgebildet als die äußere.
In vorteilhafter Weise ist außerdem zwischen den als Schließelemente wirkenden Membranbereichen ein ringförmiger Membranbereich mit verringerter Wandstärke angeordnet. Dieser bildet quasi ein Folienscharnier, das die Unabhängigkeit der beiden Druckregelventile voneinander gewährleistet.
Die Erfindung wird nun anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Entlüftungsvorrichtung mit zwei separaten, in Reihe geschalteten Druckregelventilen in schematischer Darstellung,
2 ein Ausführungsbeispiel in Querschnittdarstellung, bei dem die Druckregelventile in Kompaktbauweise zusammengefasst sind,
3 eine Draufsicht auf die Gehäuseunterschale des Ausführungsbeispiels von 2,
4 ein gegenüber 2 geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel,
5 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Kurbelgehäuse-Unterdrucks vom Saugrohr-Unterdruck bei einer nur das erste Druckregelventil aufweisenden Entlüftungsvorrichtung wiedergibt, und
6 ein Diagramm entsprechend 5 für eine Entlüftungsvorrichtung mit 2 in Reihe geschalteten Druckregelventilen
In der in 1 schematisch dargestellten Entlüftungsvorrichtung sind ein erstes Druckregelventil 1 und ein zweites Druckregelventil 2 in Reihe geschaltet. Der Einlass 3 des ersten Druckregelventils 1 ist mit einem (nicht dargestellten) Kurbelgehäuse verbunden. Jedes der beiden Druckregelventile 1, 2 umfasst weiterhin ein Gehäuse 4, 4a, das einerseits durch eine elastische Membran 5, 5a verschlossen ist. Gehäuse 4, 4a und Membran 5, 5a umschließen einen Ventilraum 6, 6a. Der Auslass bzw. die Auslassöffnung 7, 7a wird jeweils von dem Ende eines sich von der der Membran 5, 5a gegenüberliegenden Gehäuseseite in den Ventilraum 6, 6a hineinerstreckenden Kragen 8 gebildet. Dieser umschließt jeweils einen Auslasskanal 9, 9a. Die Stirnseite des Kragens 8 bildet jeweils einen mit der Innenseite der Membranen 5, 5a zusammenwirkenden Dichtsitz 10, 10a. Der Auslasskanal 9 ist über eine Verbindungsleitung 12 mit dem Einlass 13 des zweiten Druckregelventils 2 verbunden. Dessen Auslasskanal 9a wiederum ist an das Saugrohr eines Brennkraft motors (nicht dargestellt) angeschlossen. Die Außenseite der Membranen 5, 5a ist in Schließrichtung 14 von Atmosphärendruck beaufschlagt, an der Innenseite der Membranen 5, 5a stützt sich jeweils eine Schraubenfeder 15, 15a mit ihrem einen Ende ab. Dem anderen Ende dient die den Membranen 5, 5a gegenüberliegende Gehäusewand 16 als Widerlager. Die Schraubenfedern 15, 15a beaufschlagen die Membranen 5, 5a in Öffnungsrichtung 17. Die Schraubenfeder 15 des Druckregelventils 1 weist eine geringere Federkonstante auf als die Schraubenfeder 15a, sie übt dementsprechend eine geringere Kraft auf die Membran 5 in Öffnungsrichtung 17 aus. Dementsprechend reicht im Ventilraum 6 schon ein geringerer Unterdruck aus, um die Membran 5 in Schließrichtung 14 in ihre Arbeitsstellung zu bewegen, als dies beim Druckregelventil 2 der Fall ist. Es wird dabei im Kurbelgehäuse bzw. am Einlass 3 ein Arbeits-Unterdruck beispielsweise von –25 hPa konstant gehalten. Würde nun der Auslasskanal 9 des Druckregelventil 1 direkt mit dem Saugrohr verbunden werden, so könnten darin im Extremfall bis zu –800 hPa Unterdruck herrschen. Bei solch hohen Unterdrücken würde sich im Bereich der Auslassöffnung 7 an der Membran eine entsprechend hohe Druckdifferenz einstellen, die zu einer Verengung des Gasdurchtrittsspaltes zwischen Membran 5 und Dichtsitz 10 führen würde. Die über einen derart verengten Durchtrittsspalt absaugbare Schadgasmenge ist entsprechend gering, so dass der Zustrom von Schadgas in das Kurbelgehäuse die abgesaugte Gasmenge übersteigen kann. Das zweite Druckregelventil 2 ist in erster Linie durch entsprechende Federauswahl so ausgelegt, dass es den eingangsseitigen Unterdruck bzw. den Arbeits-Unterdruck auf einen Wert regelt, der zwischen dem maximalen Unterdruck des Saugrohres und dem Arbeits-Unterdruck des ersten Druckregelventils 1 liegt. Beispielsweise kann dieser Wert etwa –200 hPa betragen. Dieser Unterdruck, der in der Verbindungsleitung 12 und ebenso am Auslasskanal 9 ansteht erzeugt an der Membran 5 eine entsprechend geringe Druckdifferenz. Die Verengung des Durchtrittsspaltes zwischen Dichtsitz 10 und Membran 5 findet folglich in einem geringeren und praktisch nicht ins Gewicht fallendem Ausmaß statt.
Das in 5 dargestellte Diagramm gibt den Kurbelgehäusedruck in Abhängigkeit des Saugrohrunterdrucks bei 3 verschiedenen Gasdurchflussraten für den Fall wieder, dass nur ein einziges, nämlich ein dem ersten Druckregelventil entsprechendes Druckregelventil verwendet wird. Es ist erkennbar, dass bei einem Saugrohrdruck von etwa –35 hPa der Kurbelgehäuseunterdruck einen Maximalwert erreicht, mit zunehmenden Saugrohrdruck jedoch kontinuierlich abfällt. Hohe Saugrohrunterdrücke werden i.d.R. im Leerlauf des Motors erreicht. Eine effektive Absaugung wird aber dadurch verhindert, dass der zwischen der Ventilmembran und dem Dichtsitz freibleibende Durchtrittsspalt stark verengt und dementsprechend ein Absaugen von Schadgas in ausreichendem Maße nicht mehr gewährleistet ist.
Das Diagramm nach 6 zeigt die Verhältnisse bei einer Entlüftungsvorrichtung mit zwei in Reihe geschalteten Druckregelventilen 1, 2. Es ist deutlich erkennbar, dass die Kurvenäste bis 200 hPa Saugrohrunterdruck mit denen gemäß 5 übereinstimmen. Ab 200 hPa wird jedoch der Unterdruck auf der Auslassseite des Druckregelventil 1 nicht weiter verringert, so dass die bei –200 hPa herrschende Druckdifferenz am Druckregelventil 1 und dementsprechend dessen Arbeits-Unterdruck konstant gehalten werden. Wie dem Diagramm entnehmbar ist, kommt es sogar zu einem leichten Anstieg des am Einlass 3 des Druckregelventils 1 anstehenden Arbeits-Unterdruckes bzw. des Kurbelgehäuse-Unterdruckes.
In 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die beiden Ventile 1' und 2' in einem gemeinsamen Gehäuse 21 untergebracht sind. Das Gehäuse 21 weist eine im Wesentlichen kreisrunde Umrissform auf und setzt sich aus einer Unterschale 22 und einem Deckel 23 zusammen. Zwischen dem Deckel 23 und der Unterschale 22 ist eine Membran 20 mit ihrem Randbereich eingeklemmt. Die Planebene der Membran 20 erstreckt sich etwa parallel zur Bodenwand 24 der Unterschale 22. Von der Bodenwand 24 stehen zwei ringförmige, konzentrisch angeordnete Kragen 25a, 25 in Richtung der Mittellängsachse 26 des Gehäuses 21 in den Ventilinnenraum 27 hinein. Die Stirnseite des Kragens 25 bildet den Dichtsitz 28 des ersten Druckregelventils 1' während die Stirnfläche des Kragens 25a den Dichtsitz 28a des zweiten Druckregelventils 2' bildet. Das mit dem Dichtsitz 28a zusammenwirkende Schließelement ist ein zentraler verdickter Membranbereich 29a. Das Schließelement des ersten Druckregelventils 1' wird von einem ebenfalls verdickten Membranbereich 29 gebildet, der den erstgenannten Membranbereich 29a mit Radialabstand ringförmig umgibt. Der Membranbereich 29 wirkt mit dem Dichtsitz 28 zusammen. Wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auch, ist jedem Druckventil 1', 2' eine Schraubenfeder 30, 30a zugeordnet. Die Schraubenfeder 30a ist konzentrisch zur Mittellängsachse 26 ausgerichtet und umgibt den Kragen 25a mit Radialabstand. Zur Zentrierung der Schraubenfeder 30a stehen von der Umfangsfläche des Kragens 25a Vorsprünge 32 ab. Eine Zentrierung der Schraubenfeder 30a kann aber auch dadurch erreicht werden, dass der Kragen 25a nicht zylinderförmig, sondern in Form eines sich zur Membran 20 verjüngenden Kegels ausgebildet ist (siehe 1). Die konzentrisch zur Mittellängsachse 26 ausgerichtete Schraubenfeder 30 umfasst den Kragen 25 ebenfalls mit Radialabstand, wobei auch am Kragen 25 Zentriervorsprünge 32 vorhanden sind.
An den Membranbereich 29a schließt sich radial nach außen ein im Querschnitt U-förmiger und sich in den Ventilinnenraum 27 öffnender Membranbereich 33a an. Dieser nimmt einen im Querschnitt ebenfalls U-förmigen Stützring 34a auf, in den sich das membranseitige Ende der Schraubenfeder 30a hineinerstreckt. Der Stützring 34a verhindert eine Beschädigung der Membran 20 durch die Schraubenfeder 30a. Der mit dem Dichtsitz 28 zusammenwirkende Membranbereich 29 des Druckregelventils 1' ist von einem Membranbereich 33 umfasst, der eine dem Membranbereich 33a entsprechende Ausgestaltung aufweist und in dem ebenfalls ein Stützring 34 einliegt, um eine Beschädigung der Membran durch die Schraubenfeder 30 zu verhindern. Zwischen den Membranbereichen 33, 33a ist ein nach Art einer Sicke in den Ventilinnenraum 27 vorgewölbter Membranbereich 35 angeordnet. Dieser weist eine gegenüber den übrigen Membranbereichen verringerte Wandstärke auf und bildet quasi ein Folienscharnier, das0 die Unabhängigkeit der beiden Druckregelventile 1', 2' voneinander gewährleistet.
Seitlich an die Unterschale 22 ist ein Anschlussstutzen 36 angeformt, der den Einlass 3 des ersten Druckregelventils 1 umgrenzt und der an ein Kurbelgehäuse anschließbar ist. Die Auslassöffnung 7 des ersten Druckregelventils 1' wird durch den variablen Durchtrittsspalt zwischen dem Membranbereich 29 und dem Dichtsitz 28 gebildet. Die Verbindungsleitung 12 zwischen der Auslassseite des Druckregelventils 1' und der Einlassseite des Druckregelventils 2' wird durch den zwischen den Kragen 25 und 25a angeordneten Bereich des Ventilinnenraums 27 gebildet. Die Auslassöffnung 7a des zweiten Druckregelven tils 2' wird durch den Kragen 25a umgrenzt. Zum Anschluss an ein Saugrohr ist an der Unterseite der Schale 22 ein Anschlussstutzen 37 angeformt, der sich konzentrisch zur Mittellängsachse 26 erstreckt. Der Durchtrittsspalt zwischen dem Dichtsitz 28a und dem Membranbereich 29a ist in der Ruhestellung der Membran 20 größer als der Durchtrittsspalt beim Druckregelventil 1'. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kragen 25a eine geringer Länge aufweist als der Kragen 25, wobei die mit den Dichtsitzen 28, 28a zusammenwirkenden Flächen etwa in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.
Die Entlüftungsvorrichtung nach 2 arbeitet im Prinzip genauso wie das Ausführungsbeispiel nach 1. Damit hier allerdings die Schließelemente bildenden Membranbereiche 29, 29a möglichst unabhängig voneinander arbeiten, ist der Membranbereich 35 mit verringerter Wandstärke vorgesehen. Ein unabhängiges Arbeiten ist auch dadurch gewährleistet, dass der zentrale, dem Druckregelventil 2' zugeordnete Membranbereich 29a eine größere Wandstärke aufweist und dadurch insgesamt steifer ausgebildet ist als der außenliegende, dem Druckregelventil 1' zugeordnete Membranbereich 29. Hinzu kommt noch, dass die innere Schraubenfeder 30a stärker ist als die außenliegende Schraubenfeder 30.
Das Ausführungsbeispiel von 4 unterscheidet sich von dem gemäß 2 lediglich dadurch, dass der nach Art eines Folienscharniers wirksame Membranbereich 35a zwischen Stegen 38, 39 eingeklemmt ist, die von dem Gehäusedeckel 23 bzw. von der Bodenwand 24 in den Ventilinnenraum 27 vorspringen. Der Membranbereich 35a ist im Querschnitt w-förmig ausgebildet, wobei dessen Mittelabschnitt 40 zwischen den Stegen 38, 39 eingespannt ist. Durch die beschriebene Maßnahme wird die Unabhän gigkeit der Membranbereiche 29 und 29a voneinander weiter verbessert. Der Steg 38 setzt sich aus mehreren Teilstegen zusammen, die voneinander beabstandet sind, so dass eine fluidische Verbindung zwischen den beiden Druckregelventilen 1', 2' wie durch den Pfeil 41 angedeutet, ermöglicht ist.

Claims

Entlüftungsvorrichtung für ein Kurbelgehäuse eines Brennkraftmotors mit zwei in Reihe geschalteten Druckregelventilen (1, 2), wobei – das erste Druckregelventil (1) im Montagezustand mit dem Kurbelgehäuse und das zweite Druckregelventil (2) mit einem Saugrohr des Brennkraftmotors verbunden ist und – das zweite Druckregelventil (2) auf einen Arbeitsunterdruck eingestellt ist, der zwischen dem maximalen Unterdruck des Saugrohrs und dem Arbeitsunterdruck des ersten Druckregelventils (1) liegt, – die Druckregelventile (1, 2) jeweils ein als elastische Membran ausgebildetes, in Schließrichtung atmosphären- und in Öffnungsrichtung federbelastetes Schließelement aufweisen, – die beiden Druckregelventile (1, 2) in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst sind und ihre Schließelemente Teilbereiche einer einstückigen Membran (5) sind, – das Schließelement des zweiten Druckregelventils (2) von einem zentralen Membranbereich (29a) und das Schließelement des ersten Druckregelventils (1) von einem diesen mit Radialabstand umfassenden ringförmigen Membranbereich (29) gebildet ist, – zwei konzentrisch angeordnete, mit den Membranbereichen (29, 29a) zusammen wirkende Dichtsitze (28, 28a) vorgesehen sind, wobei der innenliegende Dichtsitz (28a) eine Auslassöffnung (7a) des zweiten Druckregelventils (2) ringförmig umfasst.
Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei konzentrisch angeordnete Schraubenfedern (30, 30a), die sich einerseits an der Membranunterseite und andererseits an einer die Dichtsitze (28, 28a) tragenden Gehäusewand abstützen, wobei die innere Schraubenfeder (28a) stärker ausgebildet ist als die äußere Schraubenfeder (28).
Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den als Schließelemente wirkenden Membranbereichen (29, 29a) ein ringförmiger Membranbereich (35) mit verringerter Wandstärke angeordnet ist.