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Die Erfindung betrifft ein Ventil zur Steuerung eines Blow-by-Gasstromes mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilinnenraum umschließt, mit mindestens einem druckseitigen Einlass und einem saugseitigen Auslass für den Blow-by-Gasstrom eines Verbrennungsmotors und mindestens einem Durchlassbereich für einen Steuer-Gasstrom sowie einem beweglichen, gasdichten Trennmedium zur Trennung des Blow-by-Gasstromes von dem Steuer-Gasstrom. Ventile zur Steuerung des Blow-by-Gasstromes von Verbrennungsmotoren dienen der Optimierung des Druckes und Volumenstromes des Blow-by-Gasstroms in Kurbelgehäuseentlüftungsleitungen und insbesondere an in der Entlüftungsleitung vorhandenen Ölabscheidern.
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Üblicherweise regeln derartige Druckregelventile den Druck des Blow-by-Gases gegen den Atmosphärendruck. Hierbei stellen sich jedoch regelmäßig positive Drücke im Kurbelgehäuse ein, da sich zum auf Umgebungsdruck geregelten Druck in der druckseitigen Einlassleitung des Druckregelventils die Druckverluste in den Verbindungsschläuchen und ggf. vorhandenen Ölabscheidevorrichtungen aufaddieren. Diese positiven Drücke verstossen gegen gesetzliche Vorschriften und sind schon allein deshalb nicht zulässig. Zudem besteht auch real das Risiko, dass durch den Überdruck Kurbelgehäuseentlüftungsgase an die Atmosphäre freigesetzt werden.
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Im Stand der Technik wurde versucht, den Referenzdruck durch beispielsweise eine Schlauchverbindung zu einer Unterdruckquelle auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren; dies wird aufgrund des zusätzlichen Bauteils und der Gefahr, dass sich eines der Schlauchenden löst, von den wenigsten Fahrzeugherstellern akzeptiert.
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Aufgrund der Kolbenbewegung im Kurbelgehäuse pulsiert das Kurbelgehäuseentlüftungsgas. Der Stand der Technik betrachtet die Pulsation als für die Regelung des Drucks des Kurbelgehäuses schädlich, bzw. nennt Druckregelventile, die robust gegen Pulsation sind, als vorteilhaft, so z. B. die
DE 196 45 665 A1 . Im Stand der Technik wurde dementsprechend auch vielfältig versucht, diese Pulsation zu reduzieren, ehe das Kurbelgehäuseentlüftungsgas der Ölabscheidung zugeführt wird. Beispiele hierfür finden sich in der
US 2005/0005921 A1 ,
EP 1 544 424 A1 und der
DE 100 53 096 A1 .
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Ventil zur Steuerung eines Blow-by-Gasstromes anzugeben, bei dem der Druck im Kurbelgehäuse immer im negativen Bereich bleibt, so dass keine Gase und insbesondere keine aerosolhaltigen Gase an die Atmosphäre freigesetzt werden.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Ventil gemäß Anspruch 1, dem Ölabscheider gemäß Anspruch 17 und dem Entlüftungssystem für ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 18. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung betrifft also ein Ventil zur Steuerung eines Blow-by-Gasstromes mit einem Ventilgehäuse, das einen Ventilinnenraum umschließt, mit mindestens einem druckseitigen Einlass und einem saugseitigen Auslass für den Blow-by-Gasstrom und mindestens einem Durchlassbereich für einen Steuer-Gasstrom, sowie einem beweglichen, gasdichten Trennmedium zur Trennung des Blow-by-Gasstromes von dem Steuer-Gasstrom, wobei der Durchlassbereich für den Steuer-Gasstrom bei Einströmen des Steuer-Gasstromes in den Ventilinnenraum einen anderen Strömungswiderstand aufweist als beim Ausströmen des Steuer-Gasstromes aus dem Ventilinnenraum, wobei das Trennmedium im Wesentlichen periodisch schwingt und wobei die Wellenlänge der Schwingung der Wellenlänge der Änderung des Drucks am druckseitigem Einlass des Blow-by-Gasstroms entspricht.
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Vorteilhafterweise ist der periodischen Schwingung des Trennmediums eine vom Volumenstrom des Blow-by-Gasstromes abhängige Bewegung überlagert.
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Die periodische Schwingung selbst wird vor allem von der Pulsation der Kurbelgehäuseentlüftungsgase verursacht. Diese ergibt sich daraus, dass Druckspitzen bei der Expansion des Gases während der Verbrennung im jeweiligen Zylinder bedingt durch Undichtigkeiten am Kolben periodisch ins Kurbelgehäuse entweichen. Überlagert wird diese Schwingung durch Druckänderungen, die dadurch entstehen, dass Luftmassen im Takt der Kolbenbewegung zwischen den Zylinderbohrungen umgelagert werden. Da die Kolben bedingt durch eine Fixierung über Pleuel und Kurbel an die Kurbelwelle keine genau sinusförmige Bewegung vollbringen, kommt es zusätzlich zu einer stetigen Änderung des Kurbelgehäusevolumens innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung, was sich ebenso in periodischen Druckschwankungen äußert. Diese drei Effekte tragen in aufsteigender Reihenfolge zur Pulsation bei.
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Insbesondere weist der Durchlassbereich für den Steuer-Gasstrom bei Einströmen des Steuer-Gasstromes in den Ventilinnenraum einen größeren Strömungswiderstand auf als beim Ausströmen des Steuer-Gasstromes aus dem Ventilinnenraum. Anders als im Stand der Technik erfolgt hier die Druckregelung nicht unmittelbar zwischen Blow-by-Gasstrom und Umgebungsluft. Vielmehr sind drei Räume für die Druckregelung maßgeblich. Einerseits sorgt das bewegliche Trennmedium für die Einstellung eines Druckgleichgewichts zwischen dem Reinigungsraum, durch den der Blow-By-Gasstrom fließt und dem Ventilinnenraum mit dem Steuer-Gasstrom. Die beiden Gasströme sind durch das Trennmedium unmischbar voneinander getrennt. Der Ventilinnenraum ist darüberhinaus auch abschnittsweise durch das Ventilgehäuse vom Umgebungsraum getrennt, lediglich über den Durchlassbereich findet eine Kommunikation des Steuer-Gasstroms zwischen den beiden Räumen statt.
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Das Druckregelventil dient nicht nur der Einstellung des Drucks am druckseitigen Einlass, sondern ermöglicht es auch, dass am saugseitigen Auslass eine(n) für den jeweils anstehenden Volumenstrom des Blow-By-Gases passende Anzahl Öffnungen des saugseitigen Auslasses bzw. passenden Durchflussquerschnitt des saugseitigen Ausslasses zur Verfügung zu stellen und zwar über die Gleichgewichtseinstellung zwischen Druck des Blow-By-Gasstroms und Druck des Steuer-Gasstroms am Trennmittel mittels Ein- bzw. Ausströmens des Steuer-Gasstromes in bzw. aus den/dem Ventilinnenraum.
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Der höhere Strömungswiderstand für das Einströmen des Steuer-Gasstromes in den Ventilinnenraum verglichen mit dem Strömungswiderstand für das Ausströmen des Steuer-Gasstromes aus dem Ventilinnenraum kann in einer ersten Ausführungsform dadurch erzielt werden, dass der mindestens eine Durchlassbereich für den Steuer-Gasstrom eine zweite Durchlassöffnung sowie eine der zweiten Durchlassöffnung benachbarte erste Durchlassöffnung mit einem in Einströmrichtung des Steuer-Gasstromes schließenden ersten Rückschlagventil aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils wird ein höherer Strömungswiderstand für das Einströmen des Steuer-Gasstromes in den Ventilinnenraum relativ zum Strömungswiderstand für das Ausströmen des Steuer-Gasstromes aus dem Ventilinnenraum dadurch erreicht, dass in der zweiten Durchlassöffnung ein in Ausströmrichtung des Steuer-Gasstromes schließendes zweites Rückschlagventil angeordnet ist, dieses zweite Rückschlagventil schließt bei höheren Druckdifferenzen als das erste Rückschlagventil.
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Besonders einfach lässt sich das erfindungsgemäße Ventil realisieren, wenn mindestens eines der Rückschlagventile als Pilzventil, Plättchenventil, beispielsweise mit einem Metallplättchen oder Kugelrückschlagventil, beispielsweise mit einer Kunststoffkugel, etwa aus geschäumtem Polyurethan oder Polystyrol, ausgeführt ist.
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In einer alternativen Ausführungsform wird der höhere Strömungswiderstand für das Einströmen des Steuer-Gasstromes in den Ventilinnenraum verglichen mit dem Strömungswiderstand für das Ausströmen des Steuer-Gasstromes aus dem Ventilinnenraum dadurch erreicht, dass der mindestens eine Durchlassbereich für den Steuer-Gasstrom eine Durchlassöffnung umfasst, die auf der Einströmseite des Steuer-Gasstromes zumindest abschnittsweise, vorzugsweise jedoch umlaufend, eine scharfe Kante und auf der Ausströmseite des Steuer-Gasstroms zumindest abschnittsweise, vorzugsweise jedoch umlaufend, eine Abrundung aufweist. Hierdurch reißt der einströmende Steuer-Gasstrom an der Kante ab, während der ausströmende Steuer-Gasstrom ungestört fließen kann.
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Mit einer Abrundung dieses Radius auf der Ausströmseite des Steuer-Gasstromes zwischen 0,5 und 5 mm, insbesondere von 1 bis 2 mm, wird ein besonders gleichmäßiges und rasches Ausströmen des Steuer-Gasstromes erreicht.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Erstreckung der Durchlassöffnung in Ein- und Ausströmrichtung zwischen 1 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm, beträgt.
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Alternativ oder ergänzend kann der Effekt dadurch verstärkt werden, dass der minimale Durchmesser der Durchlassöffnung mindestens 0,2 mm, vorzugsweise mindestens 0,5 mm, beträgt. Andererseits ist es vorteilhaft, wenn der minimale Durchmesser der Durchlassöffnung nicht mehr als 5 mm, insbesondere nicht mehr als 2 mm beträgt.
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Das Trennmedium, das den Blow-by-Gasstrom von dem Steuer-Gasstrom trennt, ist vorteilhafterweise als Membran, insbesondere als elastische Membran, ausgebildet. Die Membran kann dabei aus Kunststoff, Metall oder Elastomer, insbesondere aus Fluor-Silikon-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Chlorbutadien-Kautschuk, hydriertem Nitril-Kautschuk oder Nitril-Butadien-Kautschuk bestehen oder mindestens einen dieser Stoffe enthalten. Für die Wirkung des Ventils ist es bevorzugt, wenn der Ventilinnenraum zumindest bereichsweise in Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfes oder in Form der Mantelfläche eines Kugelinnenabschnitts oder auch konusförmig ausgebildet ist.
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Für das Schaltverhalten des Ventils ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Ventilinnenraum mehrere saugseitige Auslassöffnungen für den Blow-by-Gasstrom aufweist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Auslassöffnungen unterschiedlichen Abstand zur Grundfläche der Kegelstumpfform aufweisen. Hierdurch ergibt sich ein fließendes Abrollen des Trennmediums. Dies ergibt sich insbesondere dann, wenn bei ansteigendem Volumenstrom des Blow-by-Gasstromes das Trennmedium eine abnehmende Anzahl saugseitiger Auslassöffnungen verschließt und umgekehrt bei abnehmendem Volumenstrom des Bow-by-Gasstromes das Trennmedium eine zunehmende Anzahl saugseitiger Auslassöffnungen verschließt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind in mehreren der saugseitigen Auslassöffnungen Leitgeometrien zur Abscheidung von Öl aus dem Blow-by-Gasstrom vorhanden, so dass bereits innerhalb des Ventils eine Ölabscheidewirkung erzielt wird. Alternativ ist es aber auch möglich, dass das Ventil in einem Ölabscheider zur Abscheidung von Öl aus dem Blow-by-Gasstrom eines Verbrennungsmotors angeordnet ist und zwar insbesondere im Strömungsweg der Blow-by-Gase. Die Erfindung betrifft deshalb auch einen solchen Ölabscheider.
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Weiter betrifft die Erfindung ein Entlüftungssystem für ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors mit einer Entlüftungsleitung für den Blow-by-Gasstrom, der vom Kurbelgehäuse zur Ansaugleitung des Verbrennungsmotors führt, wobei in der Entlüftungsleitung dieses Entlüftungssystems ein erfindungsgemäßes Ventil oder ein erfindungsgemäßer Ölabscheider angeordnet ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Diese Zeichnungen dienen ausschließlich der Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt wäre. Gleiche Teile sind in den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren enthalten neben den im unabhängigen Anspruch dargelegten wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung auch in unterschiedlicher Zusammensetzung optionale und vorteilhafte Weiterbildungen. Jede einzelne dieser vorteilhaften und/oder optionalen Weiterbildungen der Erfindung kann als solche die im unabhängigen Anspruch dargelegte Erfindung weiterbilden, auch ohne Kombination mit einer, mehreren oder sämtlichen der in den Beispielen zugleich dargestellten optionalen und/oder vorteilhaften Weiterbildungen.
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Die Figuren zeigen schematisch:
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1 ein Verbrennungsmotor;
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2 ein Druckregelventil des Stands der Technik;
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3 bis 12 erfindungsgemäße Druckregelventile, teilweise mit Detailansichten ihres Durchlassbereichs für den Steuer-Gasstrom;
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13 einen Vergleich des sich im Kurbelgehäuse einstellenden Drucks in Abhängigkeit vom Druck im Ansaugtrakt für erfindungsgemäße Druckregelventile und Druckregelventile des Stands der Technik für verschiedene Volumenströme; und
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14 eine Gegenüberstellung des Druckverlaufs im Kurbelgehäuse und des Druckverlaufs am druckseitigen Einlass des Druckregelventils.
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1 illustriert den generellen Aufbau eines Verbrennungsmotors 1 mit einem Zylinderkopf 1b, einem Kurbelgehäuse 1a, sowie einem Ansaugtrakt 3 umfassend einen Ansaugluftfilter 3a, einen Verdichter 3b, einen Ladeluftkühler 3c, eine Drosselklappe 3d und Lufteinlass- und -auslassventile 3e. Vom Kurbelgehäuse 1a zweigt weiterhin ein Führungsrohr für einen Ölmessstab 1d ab. Die Kurbelgehäuseentlüftung erfolgt über eine Kurbelgehäuse-entlüftungsleitung 5, die in ein Druckregelventil 2 mit einem Ventilgehäuse 20 mündet, das gleichzeitig als Ölabscheider wirkt. Gereinigte Luft wird von dort über die Leitung 7 zum Ansaugtrakt 3 zurückgeführt, abgeschiedenes Öl gelangt über die Ölrückführleitung 6 in den Ölsumpf 1c des Kurbelgehäuses 1a. Das Druckregelventil weist weiterhin zwei durch ein gasdichtes, bewegliches Trennmedium 9 getrennte Räume auf, nämlich einen Ventilinnenraum 26 sowie einen Reinigungsraum 25. Das Element 8 dient dem Druckausgleich des Druckregelventils 2, genauer des Ventilinnenraums 26 und stellt eine Verbindung zum Bereich 27 dar, in dem Umgebungsdruck herrscht.
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2 zeigt ein Druckregelventil 2 des Stands der Technik. Wie anhand der vorangehenden Übersichtsdarstellung 1 erläutert, tritt Kurbelgehäuseentlüftungsgas über die Entlüftungsleitung 5 als druckseitigem Einlass in den Reinigungsraum 25 ein und beaufschlagt dort das Trennmedium 9 mit dem Kurbelgehäusedruck. Über das Trennmedium 9 wird dieser Druck auf den Ventilinnenraum 26 übertragen und bei zunehmendem Kurbelgehäusedruck bewegt sich das Trennmedium 9 in Richtung des Ventilinnenraums 26 bzw. der Deckplatte 21 des Druckregelventils 2. Über die Durchgangsöffnung 80 schafft der Ventilinnenraum einen Druckausgleich mit einem Referenzraum 27, in dem üblicherweise Atmosphärendruck herrscht. Der Durchlassbereich 80 der Deckplatte 21 des Druckregelventils 2 ist an seiner Innenkante 81 auf der dem Trennmedium 9 zugewandten Oberfläche 82 und an seiner Außenkante 88 auf der dem Trennmedium 9 abgewandten Oberfläche 83 identisch gestaltet, er weist kein zusätzliches Element auf. Hierdurch wirkt derselbe Widerstand auf in den Ventilinnenraum 26 ein- und ausströmendes Gas. Der über eine Vielzahl von Meßwerten gemittelte Druck der Kurbelgehäuseentlüftungsgase stellt sich dabei aufgrund der Druckverluste in den Leitungen und im Ölabscheider im positiven Bereich ein, wie im oberen Teil der 13 illustriert ist. Dies ist, wie bereits eingangs erwähnt, nicht akzeptabel Das Druckregelventil 2 ist in seiner Ölabscheidefunktion so aufgebaut, dass abgeschiedenes Öl und gereinigte Luft das Ventilgehäuse 20 gemeinsam über eine Leitung 6, 7 verlassen, dann aber aufgrund der unterschiedlichen Dichten über unterschiedliche Wege abgeleitet werden. Die Leitung 6, 7 bildet also auch den saugseitigen Auslass 7.
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3 zeigt in drei Teilbildern eine hierzu alternative, nämlich erfindungsgemäße Ausführungsform eines Druckregelventils 2. Wie im Stand der Technik weist das Druckregelventil 2 in seinem Durchlassbereich 85 nur eine Durchgangsöffnung 80 für den Steuer-Gasstrom auf. Anders als im Stand der Technik ist die Durchgangsöffnung 80 der Deckplatte 21 aber auf beiden Oberflächen 82, 83 unterschiedlich ausgestaltet. Auf der dem Ventilinnenraum 26 zugewandten Oberfläche 82 weist die Durchgangsöffnung 80 einen abgerundeten Rand 81 auf, der nur einen mäßigen Strömungswiderstand beim pulsationsgetriebenen Ausströmen des Steuer-Gasstroms aufweist. Auf der dem Referenzraum 27, d. h. dem Umgebungsraum, zugewandten Oberfläche 83 weist die Öffnung 80 hingegen eine scharfe Kante 88 auf, die beim nachfolgenden Einströmen des Steuer-Gasstroms einen wesentlich höheren Strömungswiderstand erzeugt und somit eine starke Verzögerung des Rückströmens des Steuer-Gasstroms verursacht. Hierdurch ergibt sich im Mittel ein verringerter Druck im Ventilinnenraum 26, wodurch auch der Druck im Kurbelgehäuse reduziert wird, nämlich auf negative Werte, wie aus dem unteren Teil der 13 ersichtlich ist.
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Die Dicke der Deckplatte 21 und damit Durchgangslänge l für den ein- und ausströmenden Steuer-Gasstrom beträgt hier 4 mm. Der Radius r des abgerundeten Randes 3,5 mm, der minimale Durchmesser d beträgt 1,4 mm.
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Der Ventilinnenraum 26 ist hier in Form einer Mantelfläche 24 eines Kegelstumpfes ausgeführt, auf der das Trennmedium 9 abschnittsweise aufliegt. Bei hohem Kurbelgehäusedruck, also hohem Druck im Bereich des druckseitigen Einlasses 5 bzw. im Reinigungsraum 25, wie im vorliegenden Beispiel, liegt das Trennmedium 9 nur mit seinen äußeren Randbereichen auf dieser Mantelfläche 24 eines Kegelstumpfes auf und gibt mehrere Durchgangsöffnungen 6, 7b und 6, 7c frei, die jeweils sowohl der Abfuhr von abgeschiedenem Öl als auch der Ableitung von gereinigtem Kurbelgehäuseentlüftungsgas dienen. Die Ölabscheidung wird hier sowohl durch die Umlenkung des Kurbelgehäuseentlüftungsgases als auch durch die Verengung des Durchflussquerschnittes beim Eintritt in die Durchgangsöffnungen 6, 7b und 6, 7c und die damit verbundene Beschleunigung, die sich unterschiedlich auf Gas und darin mitgetragenes Öl auswirkt, bewirkt. Bei geringerem Kurbelgehäusedruck würde eine größere Fläche des Trennmediums 9 auf der Fläche 24 aufliegen als im dargestellten Beispiel, so dass eine größere Anzahl der Durchgangsöffnungen 6, 7a bis 6, 7c vom Trennmedium 9 verschlossen wäre.
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4 illustriert eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckregelventils 2, wobei hier nur die Deckplatte 21 im Detail dargestellt ist. Wieder weist der Durchlassbereich 85 nur eine Durchgangsöffnung 80 auf, deren Rand 81 auf ihrer Oberfläche 82, auf der der Steuer-Gasstrom ausströmt, abgerundet ist. Hier erweitert sich der Radius allerdings im Verlauf des Durchgangs durch die Öffnung 80 merklich von r1 = 0,9 mm auf r2 = 3,4 mm. Auf der Einlassseite 83 des Steuer-Gasstroms weist die Öffnung wieder eine scharfe umlaufende Kante 88 auf, wobei diese allerdings nicht in der Ebene der sonstigen Oberfläche 83 liegt, sondern aus dieser herauskragt, so dass die Durchgangslänge l der Öffnung 80 mit 5 mm größer ist als die Wandstärke der Deckplatte 21. Der minimale Durchmesser d der Öffnung beträgt 1,2 mm. Ansonsten entspricht der Aufbau des Ausführungsbeispiels der 4 demjenigen der 3.
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In 5 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckregelventils 2 wieder ausschließlich anhand seiner Deckplatte 21 illustriert. Hier weist das Druckregelventil in seinem Durchlassbereich 85 einerseits eine erste Durchgangsöffnung 80 auf, die sowohl dem Aus- als auch dem Einströmen des Steuer-Gasstromes dient. Innerhalb des Durchlassbereichs 85 ist weiterhin eine im Wesentlichen ringförmige zweite Durchgangsöffnung 89 vorgesehen, die in Einströmrichtung des Steuer-Gasstromes umlaufend von einem Pilzventil 84 verschlossen wird, während sie in Ausströmrichtung des Steuer-Gasstromes geöffnet ist. Das Pilzventil 84 wird über seinen verdickten Fortsatz 86 auf der Oberfläche 82 der Deckplatte 21 gehalten. Bei ausströmendem Steuer-Gasstrom bewegt sich einerseits das gesamte Pilzventil 84 in geringem Maße in Richtung des Referenzraumes 27 und gibt so bereits einen kleinen umlaufenden Spalt frei. Andererseits ist das Pilzventil aus einem nachgiebigen Material, beispielsweise einem Fluorsilikon-Kautschuk gefertigt, so dass sich die freien Enden des Pilzkopfes des Pilzventils 84 in Richtung des Referenzraumes 27 verformen können und somit einen größeren Durchlass freigeben, dies wird nachfolgend auch noch anhand des Ausführungsbeispiels der 7 erläutert. In der Summe weist das Druckregelventil der 5 einen größeren Strömungswiderstand für den ein- als für den ausströmenden Steuer-Gasstrom auf. Beim pulsationsgetriebenen Ausströmen des Steuer-Gasstromes wird mehr Steuer-Gas aus dem Ventilinnenraum 26 verdrängt als beim nachfolgenden Einströmen in gleicher Zeit wieder zugeführt wird. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung wird der Kurbelgehäusedruck hierdurch reduziert und auf negative Werte begrenzt. Bei längerem Betrieb stellt sich ein Gleichgewicht ein, wobei im Wesentlichen der mittlere Druck niedriger als der Umgebungsdruck ist. Das Pilzventil 84 weist aufgrund seiner Form und seines Materials eine Vorspannung auf und bewegt sich nach Wegnahme des Drucks wieder in seine Ausgangsposition und -form.
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6 variiert das Ausführungsbeispiel der 5 dahingehend, dass im Durchlassbereich 85 nicht nur ein einziges Pilzventil vorgesehen ist, sondern zwei Pilzventile 84, 84' mit elastischen und vorgespannten Pilzköpfen sowie jeweils eine ringförmige Durchgangsöffnung 80 und 89. Die Durchflussquerschnitte der Durchgangsöffnungen 80 und 89 sind im Wesentlichen identisch. Das Pilzventil 84 öffnet in Einströmrichtung und sperrt in Ausströmrichtung des Steuer-Gasstromes. Das Pilzventil 84' öffnet hingegen in Ausströmrichtung und sperrt in Einströmrichtung des Steuer-Gasstromes. Wie im Ausführungsbeispiel der 5 sind die Pilzventile 84, 84' als elastische Körper gebildet, sie zeigen jeweils nur wenig Bewegungsfreiheit in Strömungsrichtung. Allerdings ist der Pilzkopf des Pilzventils 84 mit wesentlich größerer Materialstärke gefertigt als der Pilzkopf des Pilzventils 84', so dass ersteres sich wesentlich träger verformt und erst bei größeren Druckdifferenzen öffnet als das letztgenannte Pilzventil 84'.
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7 greift in drei Teilfiguren die Lösung der 5 nochmals auf, wobei hier der Durchflussquerschnitt der Durchgangsöffnung 80 verglichen mit der Durchgangsöffnung 89 wesentlich größer ist. Hierdurch wird verglichen mit 5 der Einströmwiderstand noch weiter abgesenkt. Die 7-b und 7-c illustrieren weiterhin das Abheben der im Querschnitt als Flügel erscheinenden umlaufenden Ränder 87 des elastischen Pilzkopfs bei ausströmendem Steuer-Gasstrom und das Anliegen dieser Bereiche bei einströmendem Steuer-Gasstrom. Die Gesamtbewegung des elastischen Pilzkopfs 84 umfasst hier also eine Vibration in Strömungsrichtung und eine Flügelbewegung. Beispielhaft zeigt der Schnitt der 7-a nur zwei gemeinsame Auslasskanäle 6, 7 für abgeschiedenes Öl und gereinigtes Gas, die Anzahl könnte jedoch auch größer sein, wie am Beispiel der 3 gezeigt.
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In 8 ist hingegen ein starres Thermoplast-Pilzventil 84 zum Verschließen der Durchgangsöffnung 80 verwendet. Dieses weist im Vergleich mit den elastischen Pilzventilen der Ausführungsbeispiele der 5 bis 7 eine größere Beweglichkeit in Richtung des Steuer-Gasstromes auf, so dass das Öffnen und Schließen des Ventils ausschließlich durch die Verschiebung des Pilzventils 84 entlang dieser Richtung erfolgt, sich also eine Vibrationsbewegung einstellt. Die Höhe des Abhub-Spaltes h beträgt hier 1,5 mm. Wieder sorgt die pulsationsgetriebene Verschiebung des Trennmediums 9, genauer einer Membran aus Fluorsilikonkautschuk, in Richtung des Ventilinnenraums 26, für eine Öffnung des Ventils und in der Folge für eine Herabsetzung des Kurbelgehäusedrucks.
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9 zeigt anhand dreier Teilfiguren eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hier besteht das Ventil aus einem Haltekopf 86, der über einen Hals als Fortsatz der Deckplatte 21 ausgebildet ist und einem nur wenig elastischen Metallplättchen 84, das vom Hals des Haltekopfes 86 durchgriffen wird. Strömt bei erhöhtem Kurbelgehäusedruck, wie in 9-b dargestellt, der Steuer-Gasstrom aus dem Ventilinnenraum 26 aus, so hebt das Ventilplättchen 84 von der Deckplatte 21 ab und gibt die Durchgangsöffnung 80 frei. Das Ventil kann sich maximal soweit öffnen, dass das Ventilplättchen 84 am Haltekopf 86 zum Anschlag kommt, also einen Abhub-Spalt mit einer Höhe h von 1,6 mm freigeben. Nimmt der Druck im Kurbelgehäuse als Funktion der Kolbenbewegung wieder ab, so will der Steuer-Gasstrom wieder in den Ventilinnenraum 26 zurückströmen. Hierbei schließt dann aber das Ventil, ein Druckausgleich findet nur noch über die kleine zweite Durchlassöffnung 89 statt sowie über ggf. vorhandene Undichtigkeiten des Gesamtsystems. Das Ventil weist hier keine Vorspannung auf.
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10 illustriert eine Ausführungsform der Erfindung mit einem weiteren Ventiltyp. Hier besteht das Ventil aus einem gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Körper 86, in dem eine Kugel 84, beispielsweise aus Styropor gelagert ist. Steigt infolge der Kolbenbewegung im Kurbelgehäuse 1a der Druck im Reinigungsraum 25 an, so hebt ein Abschnitt des Trennmediums 9 ab und gibt die kombinierte Ölrückführleitung und Gasauslassleitung 6, 7 frei. Dabei erhöht sich der Druck im Ventilinnenraum 26 und die Styroporkugel 84 gibt die erste Durchlassöffnung 80 frei. Hierdurch sinkt der Druck im Ventilinnenraum und im Reinigungsraum und in der Folge auch im Kurbelgehäuse wieder ab, so dass ein negativer Mitteldruck gewährleistet ist. Sinkt der Druck im Ventilinnenraum wieder ab, senkt sich auch die Styroporkugel 84 wieder ab und verschließt die erste Durchlassöffnung 80, so dass ein Druckausgleich nur noch über die zweite Durchlassöffnung 89 stattfinden kann.
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In 11 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem alternativen Ventiltyp dargestellt. Hier umfasst der Durchlassbereich 85 eine erste Durchlassöffnung 80, die von einem metallischen Ventilplättchen 84 verschlossen werden kann, dessen Abhub-Spalthöhe h durch mehrere entlang des Umfangs des Plättchens 84 angeordnete und voneinander beabstandete Rasthaken 86 begrenzt wird. Verglichen mit den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist die Abhub-Spalthöhe h mit 0,8 mm also deutlich geringer. Um dennoch einen ausreichenden Gasdurchlass zur Regulierung und Absenkung des Kurbelgehäusedrucks zu gewährleisten, weist das Ventilplättchen 84 zusätzlich eine Stanzstruktur auf, die ein spiralförmiges Öffnen von Schlitzen im Ventilplättchen ermöglicht.
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Im Ausführungsbeispiel der 12 ist das Ventilplättchen 84 aus einem federharten Stahl nur über ein einziges Befestigungselement 86 angebunden und weist aufgrund seines Materials eine mäßige Vorspannung auf. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine Dämpfung des Drucks durch Abgabe von Gas aus dem Ventilinnenraum 26 an den Referenzraum 27, sondern auch durch eine Vibration des Ventilplättchens 84.
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Das Ausführungsbeispiel der 12 variiert weiterhin auch die Grundform des Ventilgehäuses 20, das hier im Wesentlichen als Halbkugel ausgeführt ist. Zudem ist beispielhaft eine größere Anzahl kombinierter Ölabfuhrleitungen und Leitungen für gereinigtes Kurbelgehäuseentlüftungsgas 6, 7 dargestellt. Beim Anheben des Trennmediums 9 wird somit auch eine größere Anzahl dieser Durchgangskanäle 6, 7a bis 6, 7c freigegeben.
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13 stellt typische Mitteldrücke im Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors dar, einerseits für Druckregelventile des Stands der Technik, wie in 2 dargestellt, andererseits für erfindungsgemäße Druckregelventile des Ausführungsbeispiels der 3. Sowohl für die Druckregelventile des Stands der Technik als auch für die erfindungsgemäßen Druckregelventile sind die Drücke, die sich im Kurbelgehäuse einstellen gegen die Drücke im Ansaugtrakt, also im Bereich des saugseitigen Auslasses 7 aufgetragen und zwar für verschiedene Kurbelgehäuseentlüftungsgas-Ströme zwischen 20 und 120 l/min. Sämtliche Kurven stellen Mitteldrücke über eine Vielzahl von Meßwerten dar und zeigen ein beträchtliches Rauschen. Deutlich erkennbar ist, dass für sämtliche betrachteten Kurbelgehäuseentlüftungsgas-Ströme und Ansaugunterdrücke die sich mit erfindungsgemäßen Druckregelventilen 2 einstellenden Kurbelgehäusedrücke wie gewünscht negativ sind, während mit den Druckregelventilen des Stands der Technik gemäß 2 nie wie gewünscht Unterdrücke eingestellt werden kann.
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14 stellt am Beispiel eines 4-Zylinder-Dieselmotors bei Motordrehzahlen von ca. 2000 U/min, also knapp 67 Hz den Druckverlauf am druckseitigen Einlass 5 des erfindungsgemäßen Druckregelventils 2 der 5 dem am Ausgang eines Ölmessstabsführungsrohrs 1d gemessenen Kurbelgehäusedruck im zeitlichen Verlauf gegenüber, der Kurbelgehäusedruck ist dabei gestrichelt, der Druck am druckseitigen Einlass mit durchgehender Linie dargestellt. Besonders auffällig ist dabei, dass der Druck am druckseitigen Einlass eine wesentlich geringere Amplitude aufweist als der Kurbelgehäusedruck. Der durchschnittliche Kurbelgehäusedruck im dargestellten Zeitabschnitt beträgt –0,21 mbar, der durchschnittliche Druck im Bereich des druckseitigen Einlasses 5 dagegen –1,45 mbar. Somit erfüllt das erfindungsgemäße Druckregelventil die Vorgaben des Gesetzgebers nach negativen Kurbelgehäusedrücken, die Druckdifferenz zwischen den beiden Bereichen ist den Druckverlusten in den dazwischen liegenden Leitungsabschnitten geschuldet. Der zuvor schon beschriebene Wirkmechanismus des erfindungsgemäßen Druckregelventils 2 spiegelt sich auch in der Phasenverschiebung der massiven Kurve um ca. 90° gegenüber der gestrichelten Kurve. Die Druckspitze am druckseitigen Einlass 5 wird erst erreicht, wenn die Kolbenbewegung bereits um ein Viertel einer Periode fortgeschritten ist. Ursächlich hierfür ist, dass Druckwellen eine definierte Ausbreitungsgeschwindigkeit haben und somit die Länge der Verbindungswege zwischen Kurbelgehäuse und druckseitigem Einlass für eine Phasenverschiebung der periodischen Schwingung sorgen. Weiterhin wird auf Grund von Reibung an Verbindungsstellen und in Verbindungsschläuchen die ursprüngliche Amplitude abgeschwächt. Die Restamplitude der Pulsation, die sich am druckseitigen Einlass 5 einstellt, bietet Energie, die zum Bewegen des Trennmediums 9 genutzt werden kann und somit das Ausströmen des Steuer-Gasstroms erst ermöglicht.
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Alle dargestellten Beispiele zeigen die in der Praxis häufigste Konstellation, nämlich, dass der Strömungswiderstand beim Ausströmen des Steuer-Gasstroms aus dem Innenraum 26 des erfindungsgemäßen Druckregelventils 2 geringer ist als beim Einströmen des Steuer-Gasstroms. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Konfiguration umgekehrt wird, z. B. durch Umdrehen der Anordnung des Pilzventils bezüglich der Oberflächen 82 und 83. Hiermit lässt sich gezielt ein höherer Druck im Kurbelgehäuse einstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19645665 A1 [0004]
- US 2005/0005921 A1 [0004]
- EP 1544424 A1 [0004]
- DE 10053096 A1 [0004]
