DE202017100507U1

DE202017100507U1 - Ventil

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Publication number: DE202017100507U1
Application number: DE202017100507.0U
Authority: DE
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2027-02-01

Abstract

Ventil (1) zur Steuerung eines Blow-By-Gasstromes mit einem Ventilgehäuse (2), das einen Ventilinnenraum (3) umschließt, mindestens einem druckseitigen Einlaß (4) der Blow-By-Gase in den Ventilinnenraum (3),mindestens einem saugseitigen Auslaß (5) der Blow-By-Gase aus dem Ventilinnenraum (3),mindestens einer elastisch beweglichen Membran (6), die in Abhängigkeit von dem in dem Ventilinnenraum (3) herrschenden Innendruck und einem Referenzdruck auf der Wandung des Ventilinnenraums (3) auf- und abrollbar ist und dabei mindestens einen der saugseitigen Auslässe (5) öffnet oder verschließt,gekennzeichnet durcheine magnetische Betätigungsvorrichtung, mit der die Position der elastisch beweglichen Membran (6) beeinflußbar ist.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Ventil zur Steuerung eines Blow-By-Gasstromes mit einem Ventilgehäuse. Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine Ölabscheidevorrichtung, eine Entlüftungsvorrichtung sowie auf einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Ventil.
Bei Verbrennungsmotoren entweichen durch Gasleckage sogenannte Blow-By-Gase von der Brennkammer vorbei an den Kolbenringen in das Kurbelgehäuse. Um zu verhindern, dass im Kurbelgehäuse infolgedessen ein Überdruck gegenüber dem außerhalb des Kurbelgehäuses anliegenden atmosphärischen Druck entsteht, ist eine Kurbelgehäuseentlüftung notwendig. Dabei wird das entlüftete Gas in der Regel wieder dem Ansaugtrakt zugeführt. Das Blow-By-Gas ist durch Verbrennungsrückstände, unverbrannten Kraftstoff sowie Öl verunreinigt. Insbesondere um die Zufuhr von Öl in den Ansaugtrakt und damit die Emission von Schadstoffen in die Umgebung zu reduzieren, wird das Blow-By-Gas in der Regel gereinigt, was insbesondere mit Hilfe von Ölabscheidern geschieht. Zur Regulierung des Blow-By-Gasstromes finden verschiedene Ventile Einsatz.
Herkömmlicherweise umfassen Ventile zur Steuerung eines Blow-By-Gasstromes ein Ventilgehäuse, welches der Unterbringung wesentlicher Funktionselemente des Ventils dient und welches einen Ventilinnenraum umschließt. Das Ventilgehäuse ist ein- oder mehrstückig ausgebildet.
Zudem weisen derartige Ventile mindestens einen druckseitigen Einlass für Blow-By-Gase in den Ventilinnenraum auf sowie mindestens einem saugseitigen Auslass für Blow-By-Gase aus dem Ventilinnenraum. Beim Einlass und Auslass kann es sich um Durchgangsöffnungen im Ventilgehäuse handeln. Derartige Ventile können als Membranventile ausgebildet sein und weisen dann mindestens eine elastisch bewegliche Membran auf, die in Abhängigkeit von dem in dem Ventilinnenraum herrschenden Innendruck und einem Referenzdruck das Ventil öffnet oder schließt. Insbesondere kann eine derartige Membran als Rollmembran ausgebildet sein, die in Abhängigkeit von den genannten Drücken auf der Innenseite der Wandung des Ventilinnenraums auf- und abrollbar ist und dabei mindestens einen saugseitigen Auslass öffnet oder verschließt.
Die Ventilstellung bzw. die Stellung der Membran ergibt sich aus den auf das Ventil wirkenden Kräften, d.h. durch druck- und saugseitige Drücke, Referenzdruck, Flächenverhältnisse im Ventil, Vorspannungen von Federn, etc. Somit wird die Ventilstellung bzw. die Membranstellung im Vergleich zum Ruhezustand bei derartigen herkömmlichen Ventilen primär von den anliegenden Kräften beeinflusst.
Bei herkömmlichen Ventilen können sich unter Umständen regelmäßig positive Drücke im Kurbelgehäuse einstellen, da die Druckverluste in den Verbindungsschläuchen und ggf. vorhandenen Ölabscheidevorrichtungen sich in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors ändern. Diese positiven Drücke verstoßen gegen gesetzliche Vorschriften und bergen das Risiko, dass durch den Überdruck Kurbelgehäusegase an die Atmosphäre freigesetzt werden.
Die Kolbenbewegung im Kurbelgehäuse führt zu einer Pulsation des Kurbelgehäusedrucks. 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 Kurbelgehäusegas der Ölabscheidung zugeführt wird. Beispiele hierfür finden sich in der US 2005/0005921 A1 , EP 1544 424 A1 und der DE 100 53 096 A1 .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Ventil mit einer Rollmembran wie im Stand der Technik beschrieben zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, derartige Überdrücke im Kurbelgehäuse zu vermeiden. Ebenso soll eine Ölabscheidevorrichtung, eine Entlüftungsvorrichtung sowie ein Verbrennungsmotor mit einem solchen Ventil zur Verfügung gestellt werden.
Die Aufgabe wird durch das Ventil nach Anspruch 1 sowie die erfindungsgemäße Ölabscheidevorrichtung nach Anspruch 11, die erfindungsgemäße Entlüftungsvorrichtung nach Anspruch 12 und den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventils werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur aktiven Beeinflussung der Ventilstellung, insbesondere der Membranstellung und damit des Volumenstroms und des Druckverlustes über das Ventil zu schaffen. Insbesondere eine vom Fahrbetrieb getrennte Regulierung des Ventils soll ermöglicht werden, beispielsweise ein vollständiges Öffnen des Ventils bei Motorstillstand, um ein Zufrieren des Ventils zu verhindern. Insbesondere soll auch die Möglichkeit geschaffen werden, durch Beeinflussung der Ventilstellung einen Kurbelgehäuseunterdruck während des Fahrbetriebs zu gewährleisten und die Folgen der Pulsation des Kurbelgehäusegases vorteilhaft beeinflussen zu können.
Erfindungsgemäß wird also ein Ventil offenbart, welches eine magnetische Betätigungsvorrichtung aufweist, mit welcher die Position der elastisch beweglichen Membran beeinflussbar ist. Ein solches Ventil ermöglicht es, unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors die Ventilstellung bzw. Membranstellung zu beeinflussen und dadurch die Entlüftungsintensität beispielsweise über eine Variation des zur Verfügung stehenden Durchflussquerschnitts zu variieren. Insbesondere der Einsatz von Elektromagneten ermöglicht eine gute Beeinflussung der Ventilstellung bzw. der Membranstellung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Membran gasdicht ausgebildet, sodass die Membran den vom Ventilgehäuse eingeschlossenen Raum in einen Referenzdruckraum, in welchem der Referenzdruck wirkt, und in einen Ventilinnenraum untergliedert. Der Einlass und der Auslass setzen sich in dem Ventilinnenraum fort, sodass der Blow-by-Gasstrom durch den Ventilinnenraum fließen kann. Der im Ventilinnenraum herrschende Innendruck ist dabei ein aus dem am Einlass und am Auslass herrschenden Druck sich ergebender Druck. Insbesondere ergibt er sich aus dem Kurbelgehäusedruck und dem Ansaugunterdruck.
Vorteilhafterweise ist der Ventilinnenraum im eingebauten Zustand geodätisch tiefer gelegen als der Referenzdruckraum. Dadurch kann die Gewichtskraft der Membran vorteilhaft zum Schließen des mindestens einen Auslasses eingesetzt werden.
Die Membran kann derartig elastisch ausgebildet sein, dass sie sich der Form der Gehäusewandung anpassen und bündig auf dieser aufliegen kann. Die Membran kann insbesondere bei Vorliegen von gleichem Druck auf beiden Seiten der Membran, wie es beispielsweise bei Motorstillstand, aber auch bei anderen Motorzuständen, der Fall sein kann, auf dem mindestens einen Auslass aufliegen. Im Betriebszustand kann die Membran im Wesentlichen periodisch schwingen, wobei die Schwingung durch die Druckänderung am Einlass des Ventils hervorgerufen wird. Aufgrund der Schwingung kann die Membran zeitweilig oder durchgängig von dem mindestens einen Einlass und/oder mindestens einen Auslass abgehoben werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Ventilinnenraum zumindest in dem Bereich, in dem die Membran auf der Wandung des Ventilinnenraums auf- und abrollbar ist, als kegelstumpf- oder schalenförmiger Bereich ausgebildet.
Insbesondere kann das Gehäuse zumindest bereichsweise kegelförmig ausgebildet sein, sodass die Innenwandung des Gehäuses zumindest bereichsweise den Ventilinnenraum begrenzt. Das Gehäuse kann einteilig ausgebildet sein oder aus zwei oder mehr als zwei Gehäuseteilen bestehen.
Besonders vorteilhaft ist im eingebauten Zustand das Ventil derart eingebaut, dass sich die Deckfläche des Kegelstumpfes, d.h. die flache Seite des Kegelstumpfes, welche sich auf der verjüngenden Seite des Kegelstumpfes befindet, auf einer geodätisch tieferen Position befindet als die Grundfläche des Kegelstumpfes, d.h. diejenige flache Seite des Kegelstumpfes, welche die größere kreisförmige Öberfläche des Kegelstumpfes bildet.
Für das Schaltverhalten des Ventils ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der mindestens eine Auslass des Ventils in der Mantelfläche des Kegelstumpfes angeordnet ist, d.h. in der Wandung des Gehäuses. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Auslassöffnungen unterschiedlichen Abstand zur Grundfläche der Kegelstumpfform aufweisen. Hierdurch ist es besonders einfach möglich, durch das Auslenken der Membran mindestens einen der saugseitigen Auslässe zu öffnen oder zu verschließen und dadurch die Gesamtquerschnittsfläche aller Auslässe zu verändern.
Wird die Membran beispielsweise durch eine Kraft ausgelenkt, so kann der mindestens eine Einlass sowie gegebenenfalls einer oder mehrere der Auslässe freigegeben werden. Durch die kegelstumpfförmige Form kann auch mit steigender Auslenkung der Membran eine steigende Anzahl von Auslässen freigegeben werden und umgekehrt bei geringer werdender Auslenkung eine zunehmende Anzahl von Auslässen verschlossen werden.
Das Druckregelventil dient dadurch nicht nur der Einstellung des Drucks am druckseitigen Einlass, sondern ermöglicht es auch, durch die Beeinflussung der Membranstellung eine für den jeweils anstehenden Volumenstrom des Blow-By-Gases passende Anzahl Öffnungen des Auslasses bzw. passenden Durchflussquerschnitt des Auslasses zur Verfügung zu stellen.
Bereits durch die Querschnittsverengung beim Durchtritt des Blow-by-Gasstromes durch die Auslassöffnungen kommt es zur Abscheidung von Öl aus dem Blow-by-Gasstrom innerhalb des Ventils. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind in mehreren der Auslassöffnungen Leitgeometrien vorhanden, so dass eine noch bessere 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.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist an der verjüngten Deckfläche des Kegelstumpfes mindestens ein Einlass angeordnet. Beispielsweise kann der Kegelstumpf auf der Deckfläche des Kegelstumpfes, welche auf der sich verjüngenden Seite des Kegelstumpfes befindlich ist, eine oder mehrere Durchgangsöffnungen als Einlass für das Blow-By-Gas aufweisen. Besonders vorteilhafterweise ist jede der Durchgangsöffnungen rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei die Rotationsachse gegebenenfalls ebenfalls die Rotationsachse des Kegelstumpfes darstellt.
Dadurch ist der Einlass für das Blow-By-Gas zentral angeordnet, wodurch ein gleichmäßiges Einströmen des Blow-By-Gases in das Ventilgehäuse möglich ist. Insbesondere ein kreisrunder Einlass ist vorteilhaft, da sich in dieser Ausführungsform verglichen mit anderen geometrischen Formen bei gleichem Umfang der Öffnung ein maximaler Durchströmquerschnitt realisieren lässt. Hierdurch ist eine möglichst platz- und materialsparende Bauform möglich.
Vorteilhafterweise weist die magnetische Betätigungsvorrichtung ein erstes magnetisierbares oder magnetisches Element und ein zweites magnetisierbares oder magnetisches Element auf, die miteinander in magnetischer Wechselwirkung stehen oder in magnetische Wechselwirkung bringbar sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erste Element die Membran oder Bereiche der Membran oder mit der Membran verbunden; das zweite Element ist in Bezug auf die Wandung ortsfest angeordnet, insbesondere entweder an und/oder in der Wandung des Ventilinnenraums oder auch an und/oder in dem Ventilgehäuse.
Insbesondere kann das zweite Element kraft-, form oder stoffschlüssig an und/oder in dem Gehäuse befestigt sein oder Teil des Gehäuses selber sein. Hierdurch ist es möglich, die Anordnung der Membran mittels der magnetischen Wechselwirkung zu beeinflussen. Insbesondere kann das erste Element in Richtung zum ortsfest angeordneten zweiten Element hin oder von diesem weg beschleunigt und bewegt werden, wodurch die Querschnittsfläche des Auslasses des Ventils beeinflusst, insbesondere gesteuert, werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform enthält das erste Element ein permanentmagnetisches Material oder ein magnetisierbares Material, z.B. ein diamagnetisches Material, ein ferromagnetisches Material, ein ferrimagnetisches Material oder besteht daraus und/oder das zweite Element ist ein Permanentmagnet und/oder ein Elektromagnet. Auch das erste Element kann als Elektromagnet ausgebildet sein.
Beispielsweise kann das magnetisierbare Material in die Membran eingebracht werden oder an der Membran befestigt werden. Insbesondere kann ein Eisenkern oder ein Magnet in die Mitte der Membran eingelegt werden. In dieser Ausführungsform führt die höhere Masse der Membran zu einer Dämpfung der Bewegung durch die im Blow-By-Gas herrschende, durch die Kolbenbewegung hervorgerufene Pulsation.
Sowohl ein Permanentmagnet als auch ein Elektromagnet kann beispielsweise in das Gehäuse eingespritzt sein. Auf der Membran lässt sich ein Elektromagnet beispielsweise durch Aufdrucken einer Spule und der zugehörigen Leitungen anbringen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Ventil eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Betätigungsvorrichtung auf, insbesondere zur Steuerung der Stärke des von dem zweiten Element erzeugten Magnetfeldes.
Eine besonders gut ansteuerbare Ausführungsform ist gegeben, wenn das zweite Element ein Elektromagnet ist. Beispielsweise kann durch eine Änderung des Widerstandes und/oder der Spannung die Menge des durch die Wicklungen des Elektromagneten fließenden elektrischen Stroms gesteuert werden, welche in Abhängigkeit von der Menge des Stromes eine magnetische Kraft bewirken. So kann durch Steuern des fließenden Stroms die Auslenkung der Membran gesteuert werden.
Diese Steuervorrichtung kann besonders vorteilhafterweise einen Sensor zur Erfassung des Drucks im Kurbelgehäuse aufweisen und derart eingerichtet sein, dass sie die Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit von diesem erfassten Druck beeinflussen kann. Hierdurch ist die Möglichkeit geschaffen, die Membranstellung in Abhängigkeit von diesem Druck zu steuern.
Erfindungsgemäß kann auch eine Positionserfassungsvorrichtung vorgesehen sein, welche der Erfassung der Position der elastischen Membran innerhalb des Gehäuses, insbesondere relativ zu dem zweiten Element, dient. Mittels der Positionserfassungsvorrichtung kann die aktuelle Position der Membran ermittelt werden und durch Beeinflussung der magnetischen Wechselwirkung kann die Membran in eine gewünschte Sollposition geführt werden.
Vorteilhafterweise erfasst die Positionserfassungsvorrichtung ein vom ersten Element erzeugtes Magnetfeld oder eine vom ersten Element erzeugte Änderung eines Magnetfeldes, insbesondere eine Änderung des im Bereich des zweiten Elementes vorliegenden Magnetfeldes.
Wird durch die Stellung der Membran die Position beispielsweise eines an der Membran befestigten Ferritkerns - oder eines anderen Magnets - innerhalb der Spule verändert, so ändert sich die Frequenz des Schwingkreises. Wird der Anteil des Gleichstroms über eine Steuereinheit verändert, so ändert sich die Position der Membran und somit auch dieses Ferritkerns oder sonstigen Magnets, so dass sich die Position der Membran über die Änderung der Frequenz eines aufmodulierten Wechselstroms auswerten lässt.
Erfindungsgemäß kann eine Auswertevorrichtung vorgesehen sein, die basierend auf der Position der elastischen Membran und/oder dem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors und/oder des Drucks im Kurbelgehäuse eine Zustandsdiagnose des Motors oder einzelner Motorbauteile, insbesondere der Kolbenringe, Ventilführungen, Turboladerlager oder dergleichen, erstellt.
Das erfindungsgemäße Ventil ermöglicht damit die Überwachung der Funktion der Entlüftungsvorrichtung oder des Verbrennungsmotors.
Denn beim Einsatz eines Elektromagneten als erstes und/oder zweites magnetisches Element ist insbesondere auch die Möglichkeit geschaffen, die elektrische Leistungsaufnahme des Elektromagneten zu messen, welche notwendig ist, um das Ventil in die gewünschte Betriebsstellung auszurichten.
Daraus lässt sich der Kurbelgehäusedruck und/oder der Volumenstrom des Blow-By-Gases bestimmen, was wesentlicher Bestandteil der Überwachung des Verbrennungsmotors sein kann. Beispielsweise kann die Menge des entstehenden Blow-By-Gases Hinweise über einen möglichen Verschleiß von Dichtelementen, insbesondere der Kolbenringe, oder über eine Veränderung der Strömungswiderstände, insbesondere eine mögliche Versottung der Entlüftungskanäle oder des Ölabscheiders geben. Somit kann das Ventil wesentlicher Bestandteil eines Überwachungssystems sein, welches einer Optimierung des Fahrbetriebs oder einer Diagnose kritischer Zustände im Verbrennungsmotor dient.
Die Membran kann 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.
Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Ventile gegeben. Dabei bezeichnen in den einzelnen Beispielen gleiche oder ähnliche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente, so dass deren Erläuterung gegebenenfalls nicht wiederholt wird. In den nachfolgenden Beispielen sind auch für die Erfindung nicht wesentliche Merkmale beschrieben. Dies sind neben den gemäß Anspruch 1 vorgesehenen Merkmalen weitere optionale und vorteilhafte Merkmale. Diese können sowohl für sich als auch in Kombination mit weiteren derartigen Merkmalen in dem jeweiligen Beispiel oder auch mit weiteren derartigen Merkmalen in anderen Beispielen in Kombination erfindungsgemäß eingesetzt werden.
Es zeigen

1 einen Querschnitt durch ein Ventil im Stand der Technik;
2 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil;
3 einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Ventil mit Darstellung der magnetischen Feldlinien des zweiten magnetischen Elements;
4 einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Ventil mit Darstellung der magnetischen Feldlinien des ersten magnetischen Elements;
5 einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Ventil mit einer Vielzahl von Auslässen;
6 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem erfindungsgemäßen Ventil; und
7 Messkurven des Kurbelgehäusedrucks in Abhängigkeit vom Ansaugdruck sowohl für ein Ventil des Stands der Technik als auch für ein erfindungsgemäßes Ventil.

1 zeigt ein Ventil 1' gemäß dem Stand der Technik im Querschnitt. Das Ventil 1' weist ein Ventilgehäuse 2 auf, welches aus zwei Gehäusehälften 2a, 2b besteht und einen Ventilinnenraum 3 umschließt. Die untere Gehäusehälfte 2a weist bereichsweise eine kegelstumpfförmige Form auf, an deren spitz zulaufendes Ende sich ein schaftartiger Bereich 22a in Form eines zylinderförmigen Hohlkörpers anschließt, dessen Rotationsachse auch die Rotationsachse des Kegelstumpfes darstellt. Die obere Gehäusehälfte 2b ist flach und in ihrer Lagenebene rund ausgebildet, wobei die Ebene der Gehäusehälfte 2b in der Ebene der Grundfläche 22 des Kegelstumpfes angeordnet ist. Zudem weist die obere Gehäusehälfte eine Durchgangsöffnung 22' um ihre Rotationsachse auf. Im Raum oberhalb der Grundfläche 22 herrscht ein Referenzdruck p_R, beispielsweise der Atmosphärendruck. Deshalb wurde hier auf die Darstellung weiterer, diesen Raum begrenzender Wandungen verzichtet, obwohl solche vorhanden sein können.
Ein rotationssymmetrischer Einlass 4 für Blow-by-Gas ist auf der sich verjüngenden Seite der kegelstumpfförmigen Gehäusehälfte 2a, am offenen Ende des schaftartigen Bereiches 22a angeordnet. Die Rotationsachse 41 des Einlasses 4 entspricht ebenfalls der Rotationsachse des Kegelstumpfes. An dem der Mantelfläche des Kegelstumpfes entsprechenden Bereich 21 der unteren Gehäusehälfte 2a sind Durchgangsöffnungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, 5i, 5j angeordnet, welche Auslässe 5 aus dem Ventilinnenraum 3 des Ventils 1' bilden. Die Auslassöffnungen 5a bis 5e sind in unterschiedlichem Abstand zur Grundfläche des Kegelstumpfes angeordnet, wobei der Abstand zur Grundfläche in alphabetischer Reihenfolge der Auslassöffnungen 5a bis 5e wächst. Ebenso sind die Auslassöffnungen 5f bis 5j in alphabetisch wachsendem Abstand zur Grundfläche angeordnet. Durchgangsöffnungen 5e, 5d, 5i, 5j weisen jeweils eine schneckenförmige Leitgeometrie auf, welche der verbesserten Abscheidung von Öl aus Blow-by-Gas dienen. Die übrigen Durchgangsöffnungen ermöglichen ebenfalls eine Abscheidung von Öl aus Blow-by-Gas, da sie eine Querschnittsverengung und damit eine Beschleunigung des Blow-by-Gases bewirken.
Eine elastisch bewegliche Membran 6 ist innerhalb des von den Gehäusehälften 2a, 2b umschlossenen Bereichs angeordnet und begrenzt den eigentlichen Ventilinnenraum 3, wobei sich durch eine Bewegung der Membran 6 das Volumen des Ventilinnenraums 3 verändern kann. Sie ist form- und/oder kraftschlüssig zwischen beiden Gehäusehälften 2a, 2b im Bereich der Grundfläche 22 des Kegelstumpfes gehalten. In 1 ist der Zustand dargestellt, in welchem die Durchgangsöffnungen 5a, 5b, 5f, 5g vollständig von der Membran 6 bedeckt werden; Durchgangsöffnungen 5c und 5h werden teilweise von der Membran 6 bedeckt; Durchgangsöffnungen 5d, 5e, 5i, 5j sind nicht von der Membran 6 bedeckt. Die gestrichelte Linie 6' deutet an, bis zu welchem Ausmaß die Membran 6 in vertikaler Richtung maximal ausgelenkt werden kann. Die gestrichelte Linie 6" deutet den Zustand an, in welchem die Membran 6 minimal ausgelenkt ist und in welchem sämtliche Durchgangsöffnungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, 5i, 5j von der Membran 6 bedeckt sind. Im Zustand, welcher durch die gestrichelte Linie 6" dargestellt ist, weist die Membran 6 im Querschnitt die Form eines Kegelstumpfes auf, wobei die Membran 6 lediglich durch die Oberflächen der Mantelfläche sowie der Deckfläche des Kegelstumpfes gebildet wird. Im in 1 dargestellten (nicht durch gestrichelte Linien 6', 6" dargestellten) Zustand ist die Membran 6 an der durch die Deckfläche des Kegelstumpfes beschriebenen Stelle in Richtung der Verbreiterung des Kegelstumpfes ausgelenkt, sodass eine V-förmige Winkelung in der Membran 6 gebildet ist. In dem durch die gestrichelte Linie 6' dargestellten Zustand ist die Membran so weit durch die Durchgangsöffnung 22' der oberen Gehäusehälfte 2b ausgelenkt, dass die Membran 6 erneut kegelstumpfförmig im Querschnitt verformt ist, hier jedoch gespiegelt zum ursprünglich durch die gestrichelte Linie 6" dargestellten Kegelstumpf. Um ausgehend vom durch die gestrichelte Linie 6" dargestellten Zustand der Membran 6 ein leichteres Ablösen der Membran 6 von der Innenwandung der unteren Gehäusehälfte 2a zu ermöglichen, weist die Innenwandung eine um die Rotationsachse 41 umlaufende Lippe 22b auf, welche auf ihrer Innenseite benachbart zum Einlass 4 angeordnet ist und deren Außenseite im Übergang 22c in die Innenwandung so verläuft, dass die Innen- und die Außenseite der Lippe 22b zusammenlaufen und einen spitzen Winkel ausbilden.
Eine Änderung des Kurbelgehäusedrucks p_KGH, des Referenzdrucks p_R und/oder des Ansaugdrucks p_Ans führt zu einer Auslenkung der Membran.
In dem dargestellten Ventil 1' existiert jedoch keine Möglichkeit zur Beeinflussung der Ventilstellung bzw. der Membranstellung unabhängig von der vorliegenden Druckdifferenz, die sich aus den genannten drei Drücken ergibt.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventil 1 ähnlich demjenigen in 1 in schematischer Darstellung. Im Gegensatz zum vorherigen Ventil ist die obere Gehäusehälfte 2b hier ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet. Dadurch bilden die obere Gehäusehälfte 2b und die untere Gehäusehälfte 2a jeweils einen Kegelstumpf, wobei die größeren Kreisflächen (Grundfläche) der beiden Kegelstümpfe unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Die beiden Kegelstümpfe weisen etwa den gleichen Winkel zwischen der Kegelachse und der Mantellinie auf. Die obere Gehäusehälfte 2b bildet in diesem Ausführungsbeispiel zusammen mit der Membran 6 einen weitestgehend abgeschlossenen Referenzdruckraum 3'. In der oberen Gehäusehälfte 2b ist lediglich eine Durchgangsöffnung 2c zum Druckausgleich des Referenzdruckraums 3' mit dem Referenzdruck p_R, beispielsweise dem atmosphärischen Druck, angeordnet, welche bei der hier gezeigten Querschnittsfläche auch als Drossel, d.h. als Verzögerungselement wirken kann. Eine Verbindung mit einer größeren Querschnittsfläche wäre jedoch ebenso möglich.
In dieser Ausführungsform sind lediglich Durchgangsöffnungen 5a, 5b, 5c, 5d vorhanden, welche in der Wandung des Gehäuseunterteils 2a angeordnet sind, im Bereich, der die Mantelfläche des Kegelstumpfes bildet. Wesentlicher Unterschied zum Ventil 1' der 1 ist, dass eine magnetische Betätigungsvorrichtung vorhanden ist, mit Hilfe derer die Position der Membran 6 beeinflussbar ist. Die magnetische Betätigungsvorrichtung enthält ein erstes permanentmagnetisches Element 8 und ein zweites permanentmagnetisches Element 9. Die magnetischen Pole der magnetischen Elemente 8, 9 sind jeweils mit _„N“ und „S“ gekennzeichnet. Das erste magnetische Element 8 ist mit der Membran 6 verbunden, wobei es oberhalb des Einlasses 4 des Ventils 1 in der Mitte der Membran 6 angeordnet ist, d.h. überdeckend mit der Rotationsachse 41 des Einlasses 4 angeordnet ist. Das zweite magnetische Element 9 ist ortsfest an der oberen Gehäusehälfte 2b in der Mitte von der kleineren Kreisfläche (Deckfläche) und außerhalb des Referenzdruckraumes 3' angeordnet und befindet sich ebenfalls oberhalb des Auslasses 4, überdeckend mit der Rotationsachse 41 des Einlasses 4. Durch einen Pfeil A oberhalb des magnetischen Elementes 8 ist angedeutet, dass das erste magnetische Element 8 durch magnetische Wechselwirkung zwischen den magnetischen Elementen 8,9 in Richtung des zweiten magnetischen Elementes 9 bewegt werden kann, wodurch die Durchgangsöffnungen 5a, 5b, 5c, 5d geöffnet werden können. Ist das Ventil in der Entlüftungsleitung für Blow-By-Gase von Kurbelgehäuse zum Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors angeordnet, kann mit der Betätigungsvorrichtung das Öffnungsverhalten des Ventils verändert werden.
3 zeigt im Querschnitt schematisch ein weiteres erfindungsgemäßes Ventil 1 ähnlich dem Ventil in 2. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die obere Gehäusehälfte 2b im wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet. Verglichen mit dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist die Höhe des Kegelstumpfes der oberen Gehäusehälfte 2b jedoch kürzer, d.h. der Abstand zwischen der Grundfläche und der Deckfläche des Kegelstumpfes der oberen Gehäusehälfte 2b ist kürzer als in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel. Zudem ist auf der Deckfläche des oberen Kegelstumpfes, d.h. auf der Oberseite 23 der oberen Gehäusehälfte 2b, eine Durchgangsöffnung 24 eingebracht, welche rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 41 des Einlasses 4 angeordnet ist. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung 24 ist so groß, dass das permanentmagnetische Element 8 teilweise in die Durchgangsöffnung 24 einführbar ist. Die obere Gehäusehälfte 2b weist einen Bereich in Form eines zylinderförmigen Hohlkörpers 21b auf, welcher sich oberhalb der Durchgangsöffnung 24 erstreckt, wobei die Rotationsachse des Bereiches 21b in Form eines zylinderförmigen Hohlkörpers koaxial zur Rotationsachse 41 des Einlasses 4 und des Kegelstumpfes verläuft, sodass der Innenraum des Bereiches 21b in Form eines zylinderförmigen Hohlkörpers die Durchgangsöffnung 24 bildet. An der Außenwandung des Bereiches 21b in Form eines zylinderförmigen Hohlkörpers ist das obere, zweite magnetische Element 9 als Spule mit stromdurchflossenen umlaufenden Leiterschlaufen 9a, 9b angeordnet. Durch diese wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Magnetfeld mit Magnetfeldlinien 10 gebildet, indem die Spule erregt wird.
Fließt nun ein Strom durch die Stromdurchflossenen Leiterschlaufen 9a, 9b, so wird ein Magnetfeld ausgebildet, welches eine Kraft auf das erste permanentmagnetische Element 8 ausübt. Durch diese Kraft kann das erste permanentmagnetische Element 8 in Richtung der Durchgangsöffnung 24 und damit des zweiten permanentmagnetischen Elementes 9 ausgelenkt werden, wodurch die Membran 6 ebenfalls ausgelenkt wird und mehrere Auslässe 5a, 5b, 5c, 5d freigeben kann.
4 zeigt im Querschnitt schematisch ein weiteres erfindungsgemäßes Ventil 1 ähnlich demjenigen in 2. In dieser Ausführungsform sind die Gehäusehälften 2a, 2b angeordnet wie in 2. Wesentlicher Unterschied zu letztgenannter Ausführungsform ist, dass in 4 das erste magnetische Element 8 hier als als Spule mit stromdurchflossener Leiterschlaufe 8a ausgeführt ist, weshalb sich die Magnetfeldlinien 10' ergeben. Durch Erregung der Spule kann auch in dieser Ausführungsform ein Magnetfeld gebildet werden, wodurch das erste magnetische Element 8 und das zweite permanentmagnetische Element 9 eine Kraft aufeinander ausüben. Hierdurch kann die Auslenkung der Membran 6 gesteuert werden. Die Spule kann samt der zugehörigen Leitungen aufgedruckt sein.
5 zeigt schematisch ein weiteres erfindungsgemäßes Ventil 1 im Querschnitt ähnlich 2. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist in diesem Ausführungsbeispiel die untere Gehäusehälfte 2a bereichsweise nicht kegelstumpfförmig, sondern schalenförmig bzw. mit sphärenförmig gerundeter Mantelfläche ausgebildet. Dadurch ergibt sich an der Stelle der unteren Gehäusehälfte 2a, an welcher der schaftartige Bereich 22a in Form eines zylinderförmigen Hohlkörpers und der schalenförmigen Bereich der unteren Gehäusehälfte 2a ineinander übergehen eine Kante 23a mit einem im Querschnitt spitzen Winkel zwischen 80° und 90°. Die Kante 23a dient genau wie die Lippe 22b der 1 dem leichteren Ablösen der Membran 6 von der Innenfläche der Wandung. In dieser Ausführungsform sind 14 Durchgangsöffnungen im Querschnitt als Auslass 5 vorgesehen, Durchgangsöffnungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, 5i, 5j, 5k, 5l, 5m, 5n. Das Ventil ist in dem Zustand dargestellt, in welchem die Membran 6 sämtliche Durchgangsöffnungen 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, 5i, 5j, 5k, 5l, 5m, 5n verschließt. Die obere Gehäusehälfte 2b ist wie in 2 und 4 ausgeführt.
6 zeigt im Querschnitt schematisch einen Verbrennungsmotor 100 mit erfindungsgemäßem Ventil 1. Ein Kurbelgehäuse 101 weist eine Ölwanne 102 unterhalb des Kurbelgehäuses 101 auf, welche das geodätisch am tiefsten angeordnete Element der 6 darstellt. Oberhalb des Ölspiegels in der Ölwanne geht von dem Kurbelgehäuse 101 ein Entlüftungskanal 103 aus, welcher das Kurbelgehäuse 101 mit dem erfindungsgemäßen Ventil 1 verbindet, welches benachbart zum Kurbelgehäuse 101 angeordnet ist. Der Entlüftungskanal 103 mündet in die Öffnung 4 des erfindungsgemäßen Ventils 1. Das Ventil 1 ist innerhalb eines rechteckigen Kompartiments 2' angeordnet und wie eines der Ventile in 2 bis 5 ausgebildet, wiewohl hier schematisiert dargestellt, sodass Auslass 5, Membran 6, sowie erstes 8 und zweites 9 magnetisches Element der magnetischen Betätigungsvorrichtung zu erkennen sind.
Das Ventil wirkt gleichzeitig als Ölabscheider. Vom Kompartiment 2' des erfindungsgemäßen Ventils 1 zweigen zwei weitere Leitungen 104, 105 ab, wobei Leitung 104 sich von der unteren Seite des Kompartiments 2' hin zum Kurbelgehäuse 101 erstreckt und einen Rücklauf für abgeschiedenes Öl bildet. Der Kanal 104 weist ein Rückschlagventil 104' auf, dessen Durchlassrichtung vom Kompartiment 2' zum Kurbelgehäuse 101 weist. Der Kanal 105 erstreckt sich von der vom Kurbelgehäuse 101 abgewandten Seite des Kompartiments 2' ausgehend und bildet einen Kanal für gereinigtes Gas, welches in den Ansaugtrakt 106 des Verbrennungsmotors eingeleitet wird. Der Kanal 105 weist eine Abzweigung 105''' auf, deren beide Zweige jeweils ein Rückschlagventil 105', 105" aufweisen und an zwei verschiedenen Stellen in den Ansaugtrakt 106 münden, nämlich vor einem im Ansaugtrakt 106 befindlichen Turbolader 108 und hinter einer im Ansaugtrakt 106 befindlichen Drosselklappe 110. Der Ansaugtrakt 106 weist hintereinandergeschaltet einen Ansaugluftfilter 107, den Turbolader 108, einen Ladeluftkühler 109 sowie die Drosselklappe 110 auf. Daneben ist im Kurbelgehäuse 101 ein Zylinder 117 des Verbrennungsmotors 100 dargestellt, mit einem Einlassventil 111, Auslassventil 112, Zündkerze 113, Abgaskanal 114, Kolben 115 und Pleuel 116 des Verbrennungsmotors 100.
In 7 ist eine Kennlinie gezeigt, welche den Kurbelgehäusedruck im Verhältnis zum Ansaugdruck im Ansaugtrakt 106 bzw. in der Leitung 105 darstellt. Die obere, gepunktete Kurve zeigt eine Messung unter Verwendung eines herkömmlichen Ventils, z.B. wie in 1 dargestellt, bei einem Blow-by-Volumenstrom von 80 N/min (Nl: Normliter). In den meisten Betriebszuständen des Motors liegt der Kurbelgehäusedruck im positiven Bereich, wenn auch maximal bei 2 mbar Überdruck über dem atmosphärischen Druck. Die untere, gestrichelte Linie zeigt die Druckverhältnisse bei Verwendung eines Ventils gemäß 2, d.h. mit zwei magnetischen Elementen unterschiedlicher Feldstärke, wobei die Feldstärke des zweiten magnetischen Elements 9 größer ist als die des ersten magnetischen Elements 8.
Durch die erfindungsgemäße Regelung des Öffnungsgrades des Ventils ist es nunmehr möglich, unabhängig vom Druck im Ansaugtrakt über den gesamten betrachteten Druckbereich den Druck im Kurbelgehäuse negativ zu halten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19645665 A1 [0007]
US 2005/0005921 A1 [0007]
EP 1544424 A1 [0007]
DE 10053096 A1 [0007]

Claims

Ventil (1) zur Steuerung eines Blow-By-Gasstromes mit einem Ventilgehäuse (2), das einen Ventilinnenraum (3) umschließt, mindestens einem druckseitigen Einlaß (4) der Blow-By-Gase in den Ventilinnenraum (3), mindestens einem saugseitigen Auslaß (5) der Blow-By-Gase aus dem Ventilinnenraum (3), mindestens einer elastisch beweglichen Membran (6), die in Abhängigkeit von dem in dem Ventilinnenraum (3) herrschenden Innendruck und einem Referenzdruck auf der Wandung des Ventilinnenraums (3) auf- und abrollbar ist und dabei mindestens einen der saugseitigen Auslässe (5) öffnet oder verschließt, gekennzeichnet durch eine magnetische Betätigungsvorrichtung, mit der die Position der elastisch beweglichen Membran (6) beeinflußbar ist.
Ventil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilinnenraum (3) zumindest in dem Bereich, in dem die Membran (6) auf der Wandung des Ventilinnenraums (3) auf- und abrollbar ist, als kegelstumpfförmiger Bereich ausgebildet ist.
Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Betätigungsvorrichtung ein erstes magnetisierbares oder magnetisches Element (8) und ein zweites magnetisierbares oder magnetisches Element (9) aufweist, die miteinander in magnetischer Wechselwirkung stehen oder bringbar sind.
Ventil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Element (8) die Membran (6) ist oder mindestens ein Bereich der Membran (6) ist oder mit der Membran (6) verbunden ist und das zweite magnetische Element (9) in Bezug auf das Gehäuse (2) ortsfest angeordnet ist, insbesondere entweder an und/oder in der Wandung des Ventilinnenraums (3) oder auch an und/oder in dem Ventilgehäuse (2).
Ventil (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste magnetische Element (8) ein permanentmagnetisches Material, ein magnetisierbares Material, z.B. ein diamagnetisches Material, ein ferromagnetisches Material, ein ferrimagnetisches Material, oder einen Elektromagneten enthält oder daraus besteht und/oder dass das zweite magnetische Element (9) ein Permanentmagnet und/oder ein Elektromagnet ist.
Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Betätigungsvorrichtung, insbesondere zur Steuerung der Stärke des von dem zweiten magnetischen Element (9) erzeugten Magnetfeldes.
Ventil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung einen Sensor zur Erfassung des Drucks im Kurbelgehäuse (101) aufweist und derart eingerichtet ist, dass sie die Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit von diesem erfaßten Druck beeinflussen kann.
Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung der Position der elastischen Membran (6) innerhalb des Gehäuses (2), insbesondere relativ zu dem zweiten magnetischen Element (9).
Ventil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungsvorrichtung ein vom ersten magnetischen Element (8) erzeugtes Magnetfeld erfaßt oder eine vom ersten magnetischen Element (8) erzeugte Änderung eines Magnetfeldes erfasst, insbesondere eine Änderung des im Bereich des zweiten magnetischen Elements (9) vorliegenden Magnetfeldes.
Ventil (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswertevorrichtung, die basierend auf der Position der elastischen Membran (6) und/oder dem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors und/oder des Drucks im Kurbelgehäuse (101) eine Zustandsdiagnose des Motors oder einzelner Motorbauteile, insbesondere der Kolbenringe, Ventilführungen, Turboladerlager oder dergleichen, erstellt.
Ölabscheidevorrichtung mit einem Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Entlüftungsvorrichtung mit einem Ölabscheider und/oder einem Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verbrennungsmotor mit einer Entlüftungsvorrichtung und/oder einem Ölabscheider und/oder einem Ventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.