DE4136894C1 - Crankcase gas extractor for vehicle IC-engine - has two working volumes separated by domed membrane with stiffened base - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckregelventil zur Regelung der Absaugung von Leckgasen aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkraft­ maschine mittels des im Ansaugsystem vorhandenen Unterdruckes gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Aus der DE 33 26 881 A1 ist bereits ein gattungsgemäßes Druck­ regelventil zur Regelung der Absaugung von Leckgasen aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem jedoch der in Abhängigkeit von Last und Drehzahl schwankende Saugrohr­ unterdruck über den gesamten Regelbereich wesentlich die Regel­ charakteristik mitbestimmt, indem der Saugrohrunterdruck auch bei geschlossenem Druckregelventil in unerwünschter Weise schließkraftunterstützend wirkt und infolge dessen bei anstei­ gendem Saugrohrunterdruck der Druck im Kurbelgehäuse ansteigt bzw. der Unterdruck abfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Druckregelventil, insbesondere zur Regelung der Absaugung von Leckgasen aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine so zu gestalten, daß bei einfachem und kostengünstigem Aufbau ein Einfluß des wechselnden Saugrohrunterdruckes auf die Regel­ charakteristik weitestgehend ausgeschlossen wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kenn­ zeichnen.

Durch das erfindungsgemäße Druckregelventil kann im Kurbelge­ häuse der Brennkraftmaschine unabhängig von wechselnden Saug­ rohrunterdrücken sowie der sich ändernden Menge der in das Kur­ belgehäuse nachströmenden Leckgase ein nahezu konstanter Un­ terdruck gehalten werden.

In der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung ist ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu­ tert, wobei weitere Ausführungsformen des Druckregelventiles z. B. mit rohrförmigen Zu- und Ableitungsstutzen zum Einbau in eine Rohrleitung gleichermaßen möglich sind. Es zeigen

Fig. 1 Eine Schnittdarstellung durch ein in ein Ölabscheider­ gehäuse integriertes erfindungsgemäßes Druckregelven­ til, wobei rechts einer Mittellinie die geschlossene und links dieser Mittellinie die geöffnete Stellung dargestellt ist;

Fig. 2 Eine Darstellung des Druckverlaufes im Kurbelgehäuse in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugsystem.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Kanal bezeichnet, der über ei­ nen Zuströmraum 2 die Verbindung zu einem zu entlüftenden Kur­ belgehäuse und über einen Ableitungsraum 3 die Verbindung zum Ansaugsystem der nicht dargestellten Brennkraftmaschine her­ stellt.

Im Zuströmraum 2 ist weiterhin ein nicht dargestellter Ölab­ scheider zum Zurückhalten der in den zuströmenden Leckgasen enthaltenen Motorölbestandteile angeordnet.

Der Zuströmraum 2 ist durch eine abgestufte Gehäusewand 4 von dem Ableitungsraum 3 getrennt. Diese Gehäusewand 4 weist in ihrem mittleren Bereich ein zylindrisches Aufnahmeteil 5 auf, welches sich symmetrisch zu einer Mittelachse 6 eines Druckre­ gelventiles 7 quer zur Längsrichtung des Kanales 1 erstreckt. Das Aufnahmeteil 5 verjüngt sich einseitig zu einem gasdicht an einer Kanalwandung 8 abschließenden Sockel 9, wobei an der Stelle der Verjüngung im Inneren des Aufnahmeteiles 5 ein Absatz 10 gebildet ist, der eine Abstützung für eine ebenfalls symmet­ risch zur Mittelachse 6 angeordnete Öffnungsfeder 11 bildet. Eine Durchströmöffnung 12 stellt die Verbindung zwischen dem Zuströmraum 2 und dem Inneren des Aufnahmeteiles 5 her. Das dem Sockel 9 abgewandte Ende des Aufnahmeteiles 5 bildet eine symmetrisch zur Mittelachse 6 angeordnete kreisringförmige Ventilsitzfläche 13. An das Aufnahmeteil 5 schließt sich im weiteren eine in die Kanalwandung 8 anschließende, durchgehende Stützwand 14 an. Weitere nicht dargestellte Wandteile stellen die Verbindung zu den ebenfalls nicht dargestellten Seitenwän­ den des Kanals 1 her. Damit sind der Zuströmraum 2 und der Ab­ leitungsraum 3 bis auf die durch die Durchströmöffnung 12 und den zum Ableitungsraum 3 offenen Innenraum des Aufnahmeteiles 5 gebildete durchströmbare Verbindung voneinander getrennt. In eine an den Ableitungsraum 3 direkt angrenzende und der Ven­ tilsitzfläche 13 gegenüberliegenden Öffnung der Kanalwandung 8 ist symmetrisch zur Mittelachse 6 ein Ventildeckel 15 einge­ setzt und befestigt, an dem ebenfalls symmetrisch zur Mittel­ achse 6 eine Membran 16 mittels einer Spannwulst 17 eingespannt ist. Zum Einspannen der Spannwulst 17 ist der Ventildeckel 15 zweiteilig ausgeführt, wobei diese Teile nach Aufnahme der Spannwulst 17 durch geeignete Mittel fest miteinander verbunden sind.

Die im wesentlichen topfförmig ausgebildete Membran 16 weist mit ihrem tellerförmigen, formsteifen Membranboden 18 in Rich­ tung zur Ventilsitzfläche 13 und wirkt mittels einer der Ven­ tilsitzfläche 13 entsprechenden Dichtfläche 19 mit dieser zu­ sammen.

Der Membranboden 18 stützt sich weiterhin auf der aus dem Auf­ nahmeteil 5 herausragenden Öffnungsfeder 11 ab. Die Verbindung zwischen Membranboden 18 und Spannwulst 17 wird durch einen im wesentlichen zylindrischen, flexiblen Faltenbalg 20 gebildet, der in seiner axialen Ausdehnung veränderbar ist, so daß die Membran 16 einen in seiner axialen Ausdehnung ver­ änderbarer Innenraum 21 bildet, der über eine Druckausgleichs­ bohrung 22 mit der Außenatmosphäre verbunden ist, wobei die Durchmesser d₁ des unmittelbar an die Spannwulst 17 angrenzen­ den Teiles des Faltenbalges 20 und d₂ des unmittelbar an den Membranboden 18 anschließenden Teiles des Faltenbalges 20 gleich groß bemessen sind.

Der Faltenbalg 20 ist vorteilhaft aus einer nach außen gerich­ teten Falte 23 sowie einer nach innen gerichteten Falte 24 ge­ bildet und mit einer stabilisierenden umlaufenden Mittelwulst 25 versehen, wobei der Durchmesser d3 der Mittelwulst 25 den Durchmessern d₁ und d₂ entspricht. Bei auf den Faltenbalg 20 von außen einwirkendem Unterdruck werden sich beide Falten 23, 24 bis zur Herstellung eines Gleichgewichtes zwischen Druck­ spannungen und Umfangsspannungen nach außen verformen. Der Fal­ tenbalg 20 ist so ausgelegt, daß sich dabei die nach außen ge­ richtete Falte 23 um den gleichen Betrag verkürzt, um den sich die nach innen gerichtete Falte 24 verlängert, so daß vom Fal­ tenbalg 20 annähernd keine auf den Membranboden 18 wirkenden Kräfte bzw. daraus resultierende Bewegungen verursacht werden.

Mittels eines am Ventildeckel 15 angeformten und in den Innen­ raum 21 hineinragenden Anschlagbundes 26 ist eine Hubbegrenzung des durch einen Stützring 27 zusätzlich verstärkten Membranbo­ dens 18 gegeben, wobei der Stützring 27 eine sich in Richtung zum Ventildeckel 15 konisch erweiternde Ausnehmung 28 aufweist, die bei jedem Anlegen des Stützringes 27 an den Anschlagbund 26 eine Zentrierung des Membranbodens 18 bewirkt.

Im drucklosen Zustand des Kanals 1, d. h. bei stehender Brenn­ kraftmaschine ist die Membran 16 durch die Wirkung der Öff­ nungsfeder 11 bis zur Anlage des Stützringes 27 am Anschlagbund 26 maximal zusammengedrückt, wobei durch den zwischen der Dichtfläche 19 des Membranbodens 18 und der Ventilsitzfläche 13 freigegebenen Ringspalt 29 ein freier durchströmbarer Durchgang zwischen Zuströmraum 2 und Ableitungsraum 3 vorhanden ist.

Bei laufender Brennkraftmaschine entsteht im Ansaugsystem ein Unterdruck, dessen Höhe in Abhängigkeit der jeweiligen Be­ triebsbedingungen jedoch starken Schwankungen unterliegt. Die­ ser Unterdruck setzt sich zunächst über den Ableitungsraum 3, den Ringspalt 29, das Aufnahmeteil 5 mit Durchströmöffnung 12 sowie den Zuströmraum 2 bis in das Kurbelgehäuse fort und be­ wirkt so ein ständiges Absaugen der in das Kurbelgehäuse ein­ strömenden Leckgase, sowie das Zuführen dieser Leckgase in das Ansaugsystem. Dieser sich dadurch in dem gesamten System auf­ bauende Unterdruck belastet die Membran 16 entgegen der Kraft der Öffnungsfeder 11 und bewirkt beim überschreiten eines be­ stimmten Unterdruckes das Schließen des Druckregelventiles 7, indem sich die Dichtfläche 19 des Membranbodens 18 an die Ven­ tilsitzfläche 13 dichtend anlegt. Damit ist die Verbindung zwischen Ansaugsystem und Kurbelgehäuse unterbrochen und der Unterdruck im Kurbelgehäuse auf einen maximalen Wert begrenzt. Ein über diesen maximalen Wert ansteigender Unterdruck im An­ saugsystem kann nach Schließen des Druckregelventiles 7 nicht mehr auf den Membranboden 18, sondern nur noch auf den Falten­ balg 20 der Membran 16 einwirken, was jedoch keine in axialer Richtung wirkenden Kräfte erzeugt.

Durch die in das Kurbelgehäuse nachströmenden Leckgase vermin­ dert sich bei geschlossenem Druckregelventil 7 der Unterdruck im Zuströmraum 2 bis zum Erreichen eines Kräftegleichgewichtes, bei dem sich die auf den Membranboden 18 einwirkenden Kräfte gegenseitig aufheben. Diese Kräfte setzen sich einerseits aus der in Öffnungsrichtung wirkenden Kraft der Öffnungsfeder 11 und der in Schließrichtung wirkenden Kraft des im Zuströmraum 2 vorhandenen Unterdruckes und andererseits aus der Kraft, die durch den im Innenraum 21 anliegenden atmosphärischen Druck bewirkt wird, zusammen.

Eine weitere Verminderung des Unterdruckes im Zuströmraum 2 führt zu einer weiteren Verringerung der Schließkraft der Mem­ bran 16 und damit zum Öffnen des Druckregelventiles 7, wobei das Öffnen des Druckregelventiles 7 infolge der Verbindung zum Ansaugsystem - in dem ein größerer Unterdruck herrscht - sofort wieder zu einem Anwachsen des Unterdruckes im Zuströmraum 2 und damit zu einer Vergrößerung der Schließkraft der Membran 16 führt. Durch diesen sich ständig wiederholenden Vorgang des Einregelns eines Kräftegleichgewichtes am Membranboden 18 wird erreicht, daß sich der im Zuströmraum 2 und damit im Kurbelge­ häuse erzeugte Unterdruck entsprechend dem im Schaubild nach Fig. 2 gezeigten Verlauf auf einen weitgehend konstanten Wert einstellt. Außerdem kann kein Überdruck im Kurbelgehäuse ent­ stehen und dieser konstante Unterdruck im Kurbelgehäuse kann sich trotz der variablen Menge der nachströmenden Leckgase und des sich meist ständig ändernden Saugrohrunterdruckes im An­ saugsystem einstellen.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, den Ventildeckel 15 mit der aus Aufnahmeteil 5, Sockel 9 und Stützwand 14 gebil­ deten Gehäusewand 4 und den Einbauteilen Membran 16, Öffnungsfeder 11 sowie Stützring 27 als ein in den Kanal 1 einsetzbares Bauteil auszubilden.

Claims (8)

1. Druckregelventil zur Regelung der Absaugung von Leckgasen aus dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine mittels des im Ansaugsystem vorhandenen Unterdruckes, mit zwei durch eine Membran getrennten Räumen, wovon ein Raum vom Atmosphärendruck beaufschlagt ist und der andere Raum einerseits mit dem Kur­ belgehäuse und andererseits mit dem Ansaugrohr verbunden ist, wobei die Membran mit einem Ventilelement verbunden ist, durch das die durchströmbare Verbindung vom Kurbelgehäuse zum An­ saugrohr sperrbar ist und wobei das Ventilelement in Richtung zu der die durchströmbare Verbindung freigebenden Stellung mit­ tels einer Feder belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16) im wesentlichen topfförmig ausgebildet ist, deren Inneres vom Atmosphärendruck beaufschlagt ist und deren Membranboden (18) einen formsteifen Bereich bildet, des­ sen äußerer Randbereich als ein mit einem Ventilsitz (13) zu­ sammenwirkendes Ventilelement ausgebildet ist.

2. Druckregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement durch eine radiale am äußeren Randbereich des Membranbodens (18) angeordnete kreisringförmige Dichtfläche (19) gebildet ist.

3. Druckregelventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der längenveränderliche Bereich der Membranwandung durch einen an der dem Membranboden (18) abgewandten Seite gehäuse­ fest eingespannten Faltenbalg (20) gebildet ist.

4. Druckregelventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (20) durch mindestens eine ringförmige Wulst (25) versteift ist.

5. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d₁) des Faltenbalges (20) an seiner ge­ häusefest eingespannten Seite und der Durchmesser (d₂) des un­ mittelbar an den Membranboden (18) anschließenden Teiles des Fal­ tenbalges (20) gleich groß sind.

6. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (20) aus mindestens einer nach außen gerich­ teten Falte (23) und einer gleichen Anzahl von nach innen ge­ richteten Falten (24) gebildet ist, wobei die bei Änderungen des einwirkenden Unterdruckes in axialer Richtung auftretenden Verformungen der nach außen gerichteten Falten (23) durch die entgegengesetzten Verformungen der nach innen gerichteten Falten (24) kompensierbar sind.

7. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ventilelement in Öffnungsrichtung belastende Öff­ nungsfeder (11) als Druckfeder ausgebildet ist.

8. Druckregelventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines die Bewegung des Membranbodens (18) in Öff­ nungsrichtung begrenzenden gehäusefesten Anschlagbundes (26) sowie einer am Membranboden (18) angeordneten und mit dem An­ schlagbund (26) zusammenwirkenden Ausnehmung (28) eine Zen­ trierung des Membranbodens (18) bewirkbar ist.