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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Emissionsreduzierung
im Kurbelgehäuse.
Das System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse ist nützlich für schwere, interne Verbrennungsmotoren
wie beispielsweise Dieselmotoren.
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Systeme
zur Emissionsreduzierung für
interne Verbrennungsmotoren gewinnen zunehmend an Bedeutung, da
die Besorgnis hinsichtlich Umweltschäden und Verschmutzung wächst und
die Gesetzgeber gefordert sind, strengere Werte für die Emissionsreduzierung
zu verabschieden. Es wurden bereits große Fortschritte bei der Verbesserung
von Systemen zur Reduzierung von Abgasemissionen erzielt. Systeme
zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse wurden bislang jedoch weit
gehend vernachlässigt.
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Kurbelgehäuseemissionen
resultieren aus Gas, das durch den hohen Druck in den Zylindern während Verdichtung
und Verbrennung an den Kolbenringen eines internen Verbrennungsmotors
vorbei austritt und in das Kurbelgehäuse gelangt. Wenn die Blow-by-Gase
das Kurbelgehäuse
durchlaufen und aus der Entlüftung
austreten, werden die Gase mit Ölnebel,
Verschleißpartikeln
und Luft-/Kraftstoffemissionen
kontaminiert. Einige Dieselmotoren geben diese Kurbelgehäuseemissionen über ein
Saugrohr oder eine ähnliche
Entlüftungsvorrichtung
an die Atmosphäre
ab, was zur Luftverschmutzung beiträgt. Die Kurbelgehäuseemissionen
können
auch in das Motoreinlasssystem gezogen werden und dadurch eine Kontamination
des internen Motors sowie einen Verlust des Wirkungsgrads verursachen.
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Relativ
wenig schwere Dieselmotoren besitzen Systeme zur Emissionsreduzierung
im Kurbelgehäuse.
Systeme zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse filtern die Kurbelgehäusepartikelemissionen
und separieren den Ölnebel
von den Kurbelgehäuseabgasen.
Das separierte Öl
wird zur regelmäßigen Entsorgung
aufgefangen oder in das Kurbelgehäuse zurückgeführt. Die Systeme zur Emissionsreduzierung
im Kurbelgehäuse
steigern die Motorleistung und verringern die Wartungsintervalle
sowie die Kontamination von Standorten/kritischen Motorkomponenten.
Die Systeme werden auch immer wichtiger zur Verringerung der Luftverschmutzung.
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Systeme
zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse können als „offene" oder „geschlossene" Systeme ausgeführt sein.
In offenen Systemen werden die gereinigten Gase an die Atmosphäre abgegeben.
Obwohl offene Systeme in vielen Märkten akzeptabel sind, verschmutzen
sie die Luft, indem sie die Emission zur Atmosphäre auslassen; außerdem besitzen
sie unter Umständen
nur einen geringen Wirkungsgrad. In einem geschlossenen System ist die
Kurbelgehäuseentlüftung an
den Einlass des geschlossenen Systems zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse angeschlossen.
Der Auslass des Systems ist mit dem Motorlufteinlass verbunden,
wo das gefilterte Blow-by-Gas durch den Verbrennungsvorgang recycelt
wird. Geschlossene Systeme schließen den Ausstoß von Kurbelgehäuseemissionen
in die Atmosphäre
aus, erfüllen
strenge Umweltvorschriften und beugen der Kontamination von Standorten
und kritischen externen Komponenten vor.
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Eines
der ersten geschlossenen Systeme, das von Diesel Research, Inc.
in Hampton Bays, New York, entwickelt wurde, weist einen Zwei-Komponenten-Kurbelgehäusedruckregler
sowie einen Filter auf. Der Filter entfernt Partikel, um die Kontamination
von Turboladern, Nachkühlern
und internen Motorkomponenten zu verhindern. Der Druckregler erhält über einen
breiten Bereich von Kurbelgehäusegasdurchfluss-
und -einlassbestimmungen akzeptable Druckwerte im Kurbelgehäuse aufrecht.
Da es sich bei dem Druckregler um eine vom Filter separate Komponente
handelt, sind für
das System ein weiteres Leitungssystem und zusätzlicher Platz erforderlich.
Dadurch entstehen erhebliche Installations- und Wartungskosten für das System.
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Eine
kürzliche
Verbesserung geschlossener Systeme zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse wird
in der Patentschrift US-A-5,564,401 gezeigt, deren Inhaber ebenfalls
Diesel Research, Inc. ist. Bei diesem System sind eine Druckregelungsbaugruppe und
ein Filter in eine einzige kompakte Einheit integriert. Die Druckregelungsbaugruppe
befindet sich in einem Gehäusekörper und
ist konfiguriert, um den Druck im System zu regulieren sowie Partikel,
die in den Blow-by-Gasen suspendiert sind, zu agglomerieren. Einlass-
und Auslassanschlüsse
leiten die Blow-by-Gase vom Motorblock in den und aus dem Gehäusekörper. Ein
Filtergehäuse,
das ein austauschbares Filterelement umgibt, ist abnehmbar am Gehäusekörper angebracht,
um Restöl
aus den Blow-by-Gasen zu separieren. Das Filterelement kann einfach
aus dem Filtergehäuse
entfernt und ausgetauscht werden, nachdem das Filtergehäuse vom
Gehäusekörper entfernt
wurde. Das separierte Öl
fließt
nach unten ab und sammelt sich in einem Sammelbehälter am
Boden des Filtergehäuses.
Ein Ölablass
befindet sich in der unteren Wand des Filtergehäuses und weist ein frei schwimmendes
(Einweg-)Rückschlagventil
auf. Das Rückschlagventil
ist über
eine separate Rückleitung
mit der Ölwanne
oder dem Motorblock verbunden, um das aufgefangene Öl zum Motor
zurückzuführen. Das
System ist kompakt und kombiniert verschiedene Komponenten in einer einzigen
integrierten Einheit, es ist effizient und lässt sich einfach und kostengünstig herstellen.
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Auch
wenn das System zur Emissionsreduzierung, das im Patent von Diesel
Research gezeigt wird, zahlreiche Vorteile besitzt, fließt das Öl, das sich
an der Innenseite des Medienrings sammelt, nach unten auf das untere
Abschlussstück
ab und muss dann seinen Weg radial nach außen durch die Medien nehmen,
bevor es anschließend
in den Ölsammelbehälterbereich
abtropft, um zum Motor zurückgeführt zu werden.
Der Rückweg
durch die Medien kann versperrt sein, wenn das Filterelement verbraucht
ist, was darin resultiert, dass das Öl im Element zurückgehalten
wird und dadurch weniger Öl zum
Motor-Kurbelgehäuse
zurückgeführt wird.
Während
des Austauschs eines Elements kann Öl auslaufen, was Probleme bei
der Handhabung verursachen kann.
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Das
Rückschlagventil
im Gehäuse
für das System
von Diesel Research kann im Laufe der Zeit ebenfalls verstopfen
und/oder verschleißen
und muss entfernt und ersetzt werden. Da das Rückschlagventil Teil des Filtergehäuses ist,
bedeutet dies im Allgemeinen die Ersetzung des gesamten (relativ teuren)
Filtergehäuses
sowie die Verwaltung eines separaten Wartungsplans für das Filtergehäuse/Rückschlagventil.
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Darüber hinaus
ist die Rückleitung
für das Öl eine von
der vom Motor kommenden Kurbelgehäuseemissionsleitung separate
Komponente. Dies erfordert ein separates Leitungssystem zwischen
dem Motor und dem System zur Emissionsreduzierung und erhöht im Allgemeinen
die Material-, Installations- und Wartungskosten, die mit dem System
verbunden sind.
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Eine
weitere verbesserte Filterbaugruppe für ein System zur Emissionsreduzierung
im Kurbelgehäuse
wird in der Patentschrift US-A-6,161,529 gezeigt, deren Inhaber
der Übernehmer
der vorliegenden Erfindung ist. In dieser Baugruppe fließt Öl, das sich
im Filter gesammelt hat, direkt in eine Sumpfkammer ab (nicht durch
die Filtermedien) und kann über
ein Rückschlagventil
zum Motor zurückgeführt werden.
Das Öl
fließt
durch die Kurbelgehäuseemissionsleitung
zurück,
was die Zahl der Leitungen, die zum und vom Motor erforderlich sind,
verringert. Das Rückschlagventil
ist ebenfalls integral mit dem Filterelement ausgeführt und
wird daher gleichzeitig mit der Ersetzung des Filterelements ausgetauscht.
Infolgedessen behebt diese Baugruppe einige der Nachteile des Systems
von Diesel Research.
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Die
deutsche Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
DE 19 801 608 A offenbart eine
Anordnung für
einen Fahrzeugmotor, in der sich ein Kurbelgehäuse-Ölentlüftungsrohr vertikal in den Motorsumpf
erstreckt. Der Sumpf besitzt einen Schwimmer, der das Rohr schließt, wenn
das Öl
eine bestimmte Tiefe erreicht.
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Die
japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
JP 09 088 542 A offenbart ein
Motorentlüftungsrohr,
das über
eine Schwimmerkammer mit einem Einlassanschluss in Verbindung steht.
Ein Schwimmerventil in der Schwimmerkammer wird durch Ölauftrieb
angehoben, wenn der Motor um mehr als einen bestimmten Winkel geneigt wird,
um das Entlüftungsrohr
zu unterbrechen und zu verhindern, dass Öl in den Einlassanschluss gelangt.
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Nichtsdestotrotz
hat man bei bestimmter Anwendung festgestellt, dass eine gewisse
Menge Motoröl
in den Lufteinlass des Dieselmotors gezogen werden kann, zum Beispiel
wenn sich das Fahrzeug in einem extremen Winkel befindet oder wenn
ein Überschlag
stattfindet. In diesen Situationen kann sich Öl über dem Zylinderkopf ansammeln,
und wenn es in das System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse fließt, kann
der Motor unkontrollierbar mit dem aufgenommenen Öl laufen.
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Daher
ist man davon überzeugt,
dass in der Industrie ein Bedarf für eine weitere Verbesserung besteht,
vor allem für
ein verbessertes System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse, das
verhindert, dass Öl
durch das System fließt
und vom Motor aufgenommen wird; und noch immer ein System bietet,
das kompakt ist und verschiedene Komponenten in einer einzigen integrierten
Einheit kombiniert, effizient ist und sich einfach und kostengünstig herstellen
lässt.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Emissionsreduzierung
im Kurbelgehäuse für einen
internen Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei das System zur
Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse ein Gehäuse, einen zweiten Anschluss im
Gehäuse,
der Blow-by-Gase aus einem Motor-Kurbelgehäuse aufnimmt, und einen ersten
Anschluss im Gehäuse,
der im Wesentlichen ölfreie Gase
zu einem Lufteinlass des Motors leitet, umfasst und ein Sperrventil
mit einem Schwimmerelement aufweist, das mit dem Ölstand im
System steigen und fallen und sich in eine geschlossene Position
bewegen kann, um zu verhindern, dass Öl im Gehäuse durch den ersten Anschluss
in den Lufteinlass gelangt, wenn das Öl einen vorher festgelegten
Stand überschreitet,
und ferner ein Filterelement im Gehäuse zur Entfernung von Öl aus Blow-by-Gasen,
die das Gehäuse
durchlaufen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte
Filterelement einen Ring aus Filtermedien umfasst, der einen zentralen
Hohlraum begrenzt und ein erstes ringförmiges Abschlussstück, das
abdichtend an einem Ende des Filtermedienrings angebracht ist, besitzt,
wobei das genannte erste Abschlussstück eine zentrale Öffnung in
den zentralen Hohlraum des Filtermedienrings besitzt, sowie ein
zweites ringförmiges
Abschlussstück,
das abdichtend am anderen Ende des Filtermedienrings angebracht
ist, und worin das Sperrventil von dem genannten ersten Abschlussstück gestützt und
getragen wird.
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Durch
das Sperrventil wird verhindert, dass Öl, das sich im Zylinderkopf
sammelt, durch das System zur Emissionsreduzierung fließt. Das
Sperrventil schwimmt auf der Öloberfläche und
steigt mit dem Öl, um
den Lufteinlass zu schließen.
Das Sperrventil ist eine einfache Konstruktion und wird mit der
Filterbaugruppe kombiniert. Vor dem Sperrventil kann auch ein Druckablassventil
vorgesehen werden, um überschüssigen Systemdruck
abzulassen.
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Das
Sperrventil kann ein zylindrisches Schwimmerelement mit einem Tragkörper und
einer Dichtung umfassen. Der Körper
weist ein Führungselement
auf, um das Schwimmerelement in einer korrekten Ausrichtung in Bezug
zum Gasdurchlass, der zum Motor führt, zu halten. Das Schwimmerelement schwimmt
mit dem Ölstand
im Gehäuse
des Systems zur Emissionsreduzierung, und wenn der Ölstand bis zum
Niveau des Gasdurchlasses ansteigt, dichtet die Dichtung am Schwimmerelement
fluidisch gegen einen Ventilsitz an der Öffnung zum Durchlass ab, um zu
verhindern, dass Öl
zum Motor gelangt. Wenn der Ölstand
fällt,
fällt auch
das Schwimmerelement, und das Gas kann wieder zum Motor gelangen.
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Das
Sperrventil ist in das Filterelement integriert, und es wird bevorzugt,
dass ein Abschlussstück
des Elements einen Vertiefungsbereich aufweist, um das Schwimmerelement
zu stützen
und zu führen.
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Das
System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse der vorliegenden Erfindung
verhindert dadurch, dass Öl
durch das System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse fließt und vom Motor
aufgenommen wird; und es bietet noch immer ein System, das kompakt
ist und verschiedene Komponenten in einer einzigen integrierten
Einheit kombiniert, effizient ist und sich einfach und kostengünstig herstellen
lässt.
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Weitere
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden den Fachmann nach Betrachtung
der folgenden Spezifikation und der beigefügten Zeichnungen erkennbar.
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Die
Erfindung wird diagrammatisch in den begleitenden Zeichnungen beispielhaft
veranschaulicht, wobei:
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1 eine
Darstellung eines internen Verbrennungsmotors mit einem geschlossenen
System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse nach der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 eine
Blockdiagrammdarstellung des geschlossenen Systems der Emissionsreduzierung im
Kurbelgehäuse,
das in 1 abgebildet ist, ist;
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3 eine
Querschnittsseitenansicht eines geschlossenen Systems zur Emissionsreduzierung im
Kurbelgehäuse
mit einer Filterbaugruppe, konstruiert nach der vorliegenden Erfindung,
ist;
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4 eine
Querschnittsseitenansicht ähnlich
der von 3 ist, wobei jedoch das System
zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse zur besseren Veranschaulichung
um 90 Grad gedreht ist;
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5 eine
Endansicht des Filterelements für das
System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse von 3 ist;
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6 eine
Querschnittsseitenansicht des Filterelements ist, die im Wesentlichen
entlang der Ebene verläuft,
die durch die Linie 6-6 von 5 beschrieben
wird;
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7 eine
vergrößerte Querschnittsseitenansicht
eines Abschnitts des Filterelements von 6 ist;
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8 eine
vergrößerte Querschnittsseitenansicht
eines anderen Abschnitts des Filterelements von 6 ist;
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9 eine
perspektivische Aufrissansicht des Rückschlagventilelements für das Rückschlagventil
des Filterelements ist;
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10 eine
Querschnittsseitenansicht des Systems zur Emissionsreduzierung im
Kurbelgehäuse
ist, die das Sperrventil zeigt;
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11 eine
perspektivische Aufrissansicht des austauschbaren Filterelements
für das
System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse von 10 ist.
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen, und zunächst auf 1,
ist ein geschlossenes Kurbelgehäusesystem
allgemein mit 10 bezeichnet. Das System weist einen internen
Verbrennungsmotor, allgemein mit 12 bezeichnet, sowie ein
integriertes System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse 14 auf.
Das integrierte System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse 14 weist
einen Filter und eine Druckregelungsbaugruppe auf, wie nachstehend
beschrieben.
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Das
System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse 14 besitzt einen
Gaseinlass 20 und einen Gasauslass 22. Der Gaseinlass 20 ist über einen
Einlassschlauch 30 mit der Motor-Kurbelgehäuseentlüftung 28 verbunden
und nimmt kontaminiertes öliges
Gas aus dem Motor-Kurbelgehäuse 32 auf. Das System
zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse 14 separiert das
kontaminierte ölige
Gas, agglomeriert kleine Partikel, um größere Partikel zu bilden, und
filtert die großen
Partikel.
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Die
gereinigten Kurbelgehäuseemissionen treten
aus dem Gasauslass 22 aus und gelangen über einen Auslassschlauch 36 zur
Verbrennung in den Motorlufteinlass 34. Das separierte Öl wird über den
Einlassschlauch 30 zur Ölwanne 38 zurückgeführt.
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2 ist
eine Blockdiagrammdarstellung von 1, wobei
die gereinigten Kurbelgehäuseemissionen
in ein Induktionssystem wie den Lufteinlass 42 eines Turboladersystems
gelangen, allgemein mit 44 dargestellt. Das Turboladersystem
weist einen Kompressor 46, einen Turbolader 48 und
einen Nachkühler 50 auf.
Der Motor nimmt auch saubere Luft über einen Dämpferfilter 54 auf,
während
der Abgaskrümmer
(nicht abgebildet) des Motors und der Turbolader 48 an
die Abgasleitung 56 angeschlossen sind.
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3 und 4 zeigen
einen Querschnitt des Systems zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse 14 für den Motor.
Das System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse 14 weist ein Gehäuse 57 auf,
das eine zylindrische Seitenwand 60 und eine abnehmbare
Abdeckung 61 aufweist. Der Gaseinlass 20 befindet
sich in einer unteren Wand 62 der Seitenwand 60,
während
sich der Gasauslass 22 in der Abdeckung 61 befindet.
Der Gasauslass 22 weist eine zylindrische Manschette 63 auf,
die sich nach innen in das System zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse 14 erstreckt.
Der Gaseinlass 20 und der Gasauslass 22 können Widerhaken
besitzen, um die Anbringung der entsprechenden Einlass- und Auslassschläuche zu
erleichtern.
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Die
Abdeckung 61 ist auf geeignete Weise abnehmbar an der Seitenwand 60 angebracht.
Beispielsweise kann die Abdeckung 61 einen sich nach unten
erstreckenden zylindrischen Flansch 65 mit nach außen gerichtetem
Gewinde, das mit einem nach innen gerichteten Gewinde am oberen
Ende von Gehäuse 14 zusammenpasst,
besitzen. Auf diese Weise kann die Abdeckung 61 einfach
an die Seitenwand 60 angeschraubt oder davon abgeschraubt werden.
Das Gehäuse
kann geeignete Befestigungsflansche 67 aufweisen, um die
Anbringung des Systems zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse an einer
geeigneten Stelle am Motor zu ermöglichen.
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Das
Gehäuse
enthält
eine Druckregelungsbaugruppe, allgemein mit 70 bezeichnet
(3), sowie eine Filterbaugruppe, allgemein mit 71 bezeichnet.
Die Druckregelungsbaugruppe 70 fungiert als Druckregler
sowie als Trägheitsseparator
und Agglomerator für
die Blow-by-Gase, die vom Motor aufgenommen werden. Die Filterbaugruppe
separiert Öl, das
in den Blow-by-Gasen
suspendiert ist, und weist einen primären Entlüftungsfilter 72 zur
Separierung von schweren Öltröpfchen,
bevor die Blow-by-Gase die Druckregelungsbaugruppe 70 erreichen,
und einen Kurbelgehäusefilter 73 zur
Separierung aller restlichen kleineren Tröpfchen, nachdem die Gase die
Druckregelungsbaugruppe 70 durchlaufen haben, sowie von
jeglichem Partikelmaterial in den Gasen, auf.
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Die
Druckregelungsbaugruppe 70 ist seitlich am Gehäuse 14 befestigt
und umfasst ein Ventil mit einem Ventilkörper 74, der mit einem
Ventilkopf 75 verbunden ist. Der Ventilkopf 75 wiederum
ist mit einem Ventilkegel 76 verbunden. Eine Ventilführung 78 ist
mit dem Ventilkegel 76 verbunden. Eine ringförmige Rollmembran 80 befindet
sich umlaufend rund um den Ventilkörper 74. Die Membran 80 trennt
den Ventilkörper 74 von
einer ringförmigen
Kammer 82, die in die Atmosphäre entlüftet wird. Eine Schraubenfeder 86 befindet
sich rund um den Ventilkegel 76 zwischen dem Ventilkörper 74 und
einer Unterseite einer ringförmigen
Einlasskammer 88. Der Ventilkörper 74, der Ventilkopf 75,
der Ventilkegel 46, die Ventilführung 78, die Membran 80 und
die Schraubenfeder 86 sind zwischen einer Abdeckung 89 und
einem zylindrischen Flansch 90, der in einem Stück mit der
Seitenwand 60 gebildet wird, eingeschlossen. Die Membran 80 dient
als Fluiddichtung zwischen der Abdeckung 89 und dem Flansch 90.
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Die
Einlasskammer 88 der Druckregelungsbaugruppe 70 steht
durch den Entlüftungsfilter 72 mit dem
Gaseinlass 20 in Fluidverbindung. Darüber hinaus befindet sich eine Öffnung eines
zylindrischen Körperkanals 91 in
der Mitte der Einlasskammer 88. Der Körperkanal 91 bildet
einen Auslassdurchlass 92 von der Druckregelungsbaugruppe
zum Kurbelgehäusefilter 73 und
infolgedessen zum Gasauslass 22. Die Ventilführung 78 befindet
sich im Körperkanal 91.
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Der
Körperkanal 91 besitzt
ein äußeres Ende,
das einen Ventilsitz gegenüber
dem Ventilkegel 76 bildet. Der Ventilsitz von Kanal 91 bildet
in Kombination mit dem Ventilkegel 76 und dem Ventilkopf 74 eine
variable Mündung
eines Trägheitsseparators und
Agglomerators. Der Ventilkegel 76 wird abhängig vom
Druck, der durch den Gaseinlass 20 aufgenommen wird, zum
Ventilsitz von Kanal 91 hin und davon weg bewegt. Die Druckregelungsbaugruppe 70 hält den Druck
in der Einlasskammer 88 und im Motor-Kurbelgehäuse konstant. Öltröpfchen fallen
auch auf den Ventilkegel 76, sammeln sich und tropfen dann
ab auf den Boden des Gehäuses 14.
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Weitere
Details zu der Druckregelungsbaugruppe finden sich in der Patentschrift US-A-5,564,401.
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Der
Entlüftungsfilter 72 der
Filterbaugruppe 71 umfasst ringförmige Filtermedien, die aus
geeignetem Material (z. B. Stahlgeflecht) gebildet werden, die auf
eine Reihe radialer Rippen oder Erhöhungen 92 am unteren
Ende der Seitenwand 60 gestützt sind. Der Entlüftungsfilter
ist normalerweise im Gehäuse
auf geeignete Weise fixiert und wird in der Regel nicht ersetzt
oder zumindest nicht in den Intervallen, die für den Kurbelgehäusefilter 73 typisch
sind. Der Entlüftungsfilter
besitzt eine zentrale Öffnung 93, die
den ungehinderten Zugang zu Gaseinlass 20 ermöglicht.
Blow-by-Gase, die in den Gaseinlass 20 eintreten, passieren
zunächst
radial nach außen durch
den Entlüftungsfilter 72,
wo schwere Öltröpfchen im
Entlüftungsfilter
entfernt werden, sich sammeln und dann nach unten durch den Gaseinlass 20 zurück zum Motor
fließen.
Die Blow-by-Gase gelangen anschließend zur Einlasskammer 88 der
Druckregelungsbaugruppe und durch die Druckregelungsbaugruppe zum
Kurbelgehäusefilter 73.
Wie oben beschrieben, sammelt sich zusätzliches Öl, das in den Blow-by-Gasen
suspendiert ist, am Ventilkegel 76 an, tropft nach unten
ab und fließt
durch die große Geflechtstruktur
des Entlüftungsfilters 72 und
anschließend
durch den Gaseinlass 20 zurück zum Motor.
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Die
Blow-by-Gase mit dem suspendierten Restöl werden dann radial nach innen
durch den Kurbelgehäusefilter 73 geleitet.
Nun unter Bezugnahme auf die 5 und 6 umfasst
der Kurbelgehäusefilter 73 ein
austauschbares Filterelement mit einem Ring aus Filtermedien 94,
die einen zentralen Hohlraum 95 umgrenzen. Der Ring aus
Filtermedien kann aus jedem Material gebildet werden, das für die besondere
Anwendung geeignet ist. Das erste und das zweite undurchlässige Abschlussstück 96, 98 werden
am gegenüberliegenden
Ende der Medien vorgesehen und sind mit einem geeigneten Klebstoff oder
Vergussmaterial daran befestigt. Das erste (obere) Abschlussstück 96 besitzt
eine ringförmige Konfiguration,
die eine zentrale Öffnung 100 bildet. Die Öffnung 100 ist
etwas größer als
der Zylinder 63 (3) der Abdeckung 62,
so dass der Zylinder in dieser Öffnung
aufgenommen werden kann. Das obere Abschlussstück 96 weist einen
nach außen
begrenzenden Zylinder 102 auf, der sich nach innen von
der Öffnung 100 in
den zentralen Hohlraum 95 erstreckt. Der Zylinder 102 des
oberen Abschlussstücks 96 umgibt
den Zylinder 63 der Abdeckung 62 und weist an
seinem inneren distalen Ende eine elastische, ringförmige, radial
nach innen gerichtete Dichtung 104 auf, die eine Fluiddichtung
zwischen der Abdeckung 62 und dem ersten Abschlussstück 96 ausbildet
(siehe z. B. 3). Während die Dichtung 104 als
Einheit mit dem Zylinder 102 abgebildet ist, ist es auch
möglich,
dass diese Dichtung als separate Dichtung (wie ein O-Ring) ausgeführt werden
könnte, die
in einem Kanal oder einer Nut, der bzw. die in Zylinder 102 (oder
an Zylinder 63 von Abdeckung 62) gebildet wird,
gestützt
wird.
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Das
erste Abschlussstück 96 besitzt
auch eine kurze zylindrische Schürze
mit einem radial nach außen
gerichteten ringförmigen
Flansch 106 um den Umfang des Abschlussstücks. Eine
elastische ringförmige
Dichtung oder ein O-Ring 108 wird von dieser Schürze und
diesem Flansch getragen und bildet eine Fluiddichtung zwischen der
Seitenwand 60, der Abdeckung 62 und dem ersten
Abschlussstück 96 (siehe
z. B. 3). Die Seitenwand 60 kann eine innere
ringförmige
Schulter 110 (3) besitzen, die das distale
Ende des Flanschs 106 eng aufnimmt, um das Filterelement
im Gehäuse
auszurichten und zu stützen.
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Das
zweite Abschlussstück 98 besitzt
ebenfalls eine ringförmige
Konfiguration, die eine zentrale Öffnung 114 bildet.
Ein kurzer Zylinder 116 begrenzt nach außen und
erstreckt sich nach innen von der Öffnung 114 in den
zentralen Hohlraum 95.
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Wie
auch in 7 dargestellt, erstreckt sich ein
kurzer Zylinder 120 ebenfalls nach unten weg vom zweiten
Abschlussstück
an einer Position hin zum Umfang des Abschlussstücks. Der Zylinder 120 weist
einen ringförmigen,
radial nach außen herausragenden
Greifhaken oder Widerhaken 121 um den äußeren Kreisumfang des Zylinders
hin zu seinem unteren distalen Ende auf. Ein kurzer zylindrischer Flansch 122 ragt
nach oben um den Umfang des zweiten Abschlussstücks 98 heraus, und
ein kurzer ringförmiger
Flansch 123 ragt dann radial nach außen von Flansch 122 heraus.
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Eine
wannenförmige
Ventilpfanne 124 ist am zweiten Abschlussstück 98 fixiert
und bildet zusammen mit dem zweiten Abschlussstück einen Sumpfbehälter, integral
mit dem Filterelement, d. h. separat vom Gehäuse, welches das Element umgibt.
Der Sumpfbehälter
weist eine innere Sumpfkammer auf, allgemein mit 126 bezeichnet.
Die Ventilpfanne 124 besitzt eine zylindrische Seitenwand 128 und
eine integrale (und vorzugsweise einheitliche) Abschlusswand 130.
Die zylindrische Seitenwand 128 nimmt den Zylinderabschnitt 120 des
zweiten Abschlussstücks 98 eng
auf und weist einen nach innen gerichteten, sich um den Umfang erstreckenden
Kanal 132 auf, der den Greifhaken 122 auf dem
Filterabschnitt 120 aufnimmt. Greifhaken 121 und
Kanal 132 machen es möglich,
dass die Ventilpfanne 124 einfach mit dem zweiten Abschlussstück 98 in
einer dauerhaften Beziehung dazu montiert werden kann. Während Greifhaken 121 und
Kanal 132 ein Mittel zur Fixierung der Ventilpfanne 124 am
zweiten Abschlussstück 98 bereitstellen,
kann die Seitenwand 128 der Ventilpfanne 124 alternativ
mithilfe anderer geeigneter Mittel, z. B. mit einem Klebstoff oder
durch Ultraschallschweißen,
am zweiten Abschlussstück 98 fixiert
werden; oder könnte
sogar einheitlich (in einem Stück)
mit dem zweiten Abschlussstück 98 gebildet sein.
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Die
Ventilpfanne 124 weist ferner einen radial nach außen herausragenden
Flansch 134 am oberen Ende der Ventilpfanne auf, der sich
Oberfläche an
Oberfläche
bündig
zum zweiten Abschlussstück 98,
radial nach außen
von Zylinder 120 erstreckt. Wenn die Ventilpfanne 124 am
zweiten Abschlussstück 98 fixiert
ist, bilden die Flansche 122 und 123 am zweiten
Abschlussstück 98 und
der Flansch 134 an der Ventilpfanne 124 eine ringförmige Nut.
In dieser Nut befindet sich eine elastische ringförmige Dichtung
oder ein O-Ring 136 in nach außen begrenzender Beziehung
zum Sumpfbehälter
und bildet eine Fluiddichtung zwischen Ventilpfanne 124, zweitem
Abschlussstück 98 und
Seitenwand 60 (siehe z. B. 3). Das
zweite Abschlussstück 98 kann auch
radial kleiner als abgebildet sein, so dass sich der Flansch 134 der
Ventilpfanne 124 in einer umgebenden Beziehung zum zweiten
Abschlussstück
und in einer direkt stützenden
Beziehung mit dem Medienring 94 befindet. In diesem Fall
können
die Medien 94 anhaftend am zweiten Abschlussstück 98 sowie
am Flansch 134 der Ventilpfanne 124 angebracht werden,
und die Dichtung 136 würde
nur von der Ventilpfanne 124 getragen werden.
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Wenn
sich das Filterelement 73 im Gehäuse befindet, dichten die Dichtungen 108 und 136 fluidisch
gegen die Seitenwand 60 an gegenüberliegenden Seiten der Öffnung 92 ab.
Dadurch wird zwischen dem Kurbelgehäusefilter 73 und der
Seitenwand 60 des Gehäuses
eine Umfangskammer 137 gebildet. Gase, welche die Druckregelungsbaugruppe 70 passieren,
müssen
dadurch in die Umfangskammer 137 eintreten und radial nach
innen durch die Medien 94 passieren, ohne das Element zu
umgehen. Öl,
das in den Gasen zurückbleibt,
wird durch die Medien 94 separiert und sammelt sich an
der Innenseite der Medien im zentralen Hohlraum 95. Das Öl tropft
dann in den Bereich zwischen den Filtermedien 94 und dem
Zylinder 116 des unteren Abschlussstücks 98 ab, wie in 4 dargestellt.
Das Öl sammelt
sich schließlich über dem
Niveau des Zylinders und tropft dann an diesem Punkt nach unten
in die Sumpfkammer 126 und wird von der Ventilpfanne aufgefangen.
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Der
Sumpfbehälter
weist ferner ein integrales Einweg-Rückschlagventil auf, in 8 allgemein mit 140 bezeichnet,
das verhindert, dass Blow-by-Gase direkt in die Sumpfkammer 126 gelangen,
ohne die Filterbaugruppe 71 zu passieren, wodurch es aber
möglich
ist, dass gesammeltes Öl
aus der Sumpfkammer 126 abfließt und in den Motor zurückgeführt wird.
Zu diesem Zweck, nun Bezug nehmend auf die 8 und 9,
weist das Rückschlagventil
ein T-förmiges,
elastisches Ventilelement 142 auf, das einen leicht konkaven,
kreisförmigen
Kopfabschnitt 144 und ein integrales, zylindrisches, aufrechtes
Element oder einen Basisabschnitt 146 aufweist. Das aufrechte
Element 146 weist einen radial nach außen herausragenden Widerhaken
oder eine Schulter 148 entlang der Länge des aufrechten Elements
auf. Das Ventilelement 142 wird vorzugsweise in einem Stück aus einem
geeigneten Material gebildet.
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Das
zylindrische, aufrechte Element 146 des Ventilelements
wird gleitend in einem kreisförmigen Loch 150 aufgenommen,
das zentral in der unteren Wand 130 der Ventilpfanne 124 gebildet
wird, wobei sich der Ventilkopf 144 außerhalb der Ventilpfanne 124 befindet.
Das aufrechte Element 146 ist so dimensioniert, dass es
durch das Loch gezwungen werden kann, wobei sich der Widerhaken 148 ebenfalls
zusammendrückt
und durch das Loch 150 geht, der nach außen herausragende
Widerhaken 148 verhindert jedoch, dass das Ventilelement
danach aus dem Loch entfernt wird. Wie in 5 dargestellt,
werden eine Reihe von Durchfluss- oder Ablauföffnungen 152 in einer
ringförmigen
Konfiguration in der unteren Wand 130 der Ventilpfanne
gebildet. Die Durchflussöffnungen 152 bringen
die Sumpfkammer 126 mit der zentralen Öffnung 93 im Entlüftungsfilter 72 und
somit mit dem Gaseinlass 20 in Fluidverbindung. Wenn sich
das Ventilelement in der in den 4 und 8 dargestellten
Position befindet, d. h. in einer offenen Positionen, kann das Öl, das sich
in der Sumpfkammer 126 gesammelt hat, durch die Durchflussöffnungen 152 um
den Ventilkopf 144 des Ventilelements 142 in die
zentrale Öffnung 93 im
Entlüftungsfilter 72 und
dann zum Gaseinlass fließen.
Der Widerhaken 148 am aufrechten Element 146 macht
es möglich,
dass das Ventilelement in die in diesen Figuren dargestellte Position
gleitet, verhindert jedoch, dass das Ventilelement vollständig aus
dem Loch 150 herausfällt
oder daraus entfernt wird. Das Öl
läuft dann
durch den Gaseinlass 20 zurück zur Motorauffangschale.
Während
vier solche Durchflussöffnungen 152 abgebildet
sind, dient dies lediglich der Veranschaulichung, und die Anzahl
und die Maße
der Durchflussöffnungen
hängen
von der besonderen Anwendung ab, wie erkannt werden sollte.
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Wenn
sich das Ventilelement 142 in der in 3 dargestellten
Position befindet, d. h. in einer geschlossenen Position, wird der
Ventilkopf 144 gegen die Außenseite der Ventilpfanne 124 gedrückt und
blockiert den Durchfluss durch die Durchflussöffnungen 152. An der
Außenfläche der
Ventilpfanne, welche die Durchflussöffnungen 152 umgibt,
kann eine leichte Aussparung 154 vorgesehen werden, um eine
fluiddichte Dichtung zu erleichtern. Der Druck der Blow-by-Gase,
die im Gaseinlass 20 aufgenommen sind, ist normalerweise
größer als
der Druck des Öls,
das sich in der Sumpfkammer sammelt, und das Ventilelement wird
daher im Allgemeinen während des
Motorbetriebs in einer geschlossenen Position gehalten. Wenn sich
der Motor jedoch im Leerlauf befindet oder nicht betrieben wird,
fällt der
Druck, der durch den Gaseinlass 20 aufgenommen wird, und das Öl, das sich
in der Sumpfkammer 126 gesammelt hat, fließt durch
die Öffnungen 152 und
zwingt den Ventilkopf in die offene Position. Das Rückschlagventil
funktioniert dadurch so, dass es verhindert, dass während des
Motorbetriebs Blow-by-Gase direkt in die Sumpfkammer 126 gelangen
(und dadurch die Filterbaugruppe umgehen und möglicherweise den Motor schädigen),
ermöglicht
es aber, dass gesammeltes Öl
zurück
zum Motor fließt,
um im Motor einen angemessenen Ölstand
aufrechtzuerhalten.
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Das
Rückschlagventil 140,
das Teil des Filterelements ist, wird entfernt und ersetzt, wenn
das Element entfernt und ersetzt wird. Dadurch ist stets ein neues
Rückschlagventil
im System zur Emissionsreduzierung vorhanden, und infolgedessen
verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass das Rückschlagventil
unabhängig
inspiziert und ersetzt werden muss. Offensichtlich wird der Sumpfbehälter ebenfalls
mit dem Filterelement entfernt, wenn das Filterelement entfernt
und ersetzt wird.
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Während des
Betriebs des Motors 12 (1) erzeugt
der Motorlufteinlass 34 oder der Turbo-Lufteinlass 42 (2)
eines turbogeladenen Motors, der an den Gasauslass 22 angeschlossen
ist, ein Vakuum im zentralen Hohlraum 95 des Kurbelgehäusefilters 73.
Die Druckregelungsbaugruppe 70 hält den Druck im Gaseinlass 20 und
im Motor-Kurbelgehäuse
konstant. Darüber
hinaus, wie oben angegeben, separiert der Entlüftungsfilter zunächst größere Öltröpfchen,
während
das Öl
in den Blow-by-Gasen auch den Ventilkegel 76 überzieht.
In jedem der beiden Fälle
läuft das Öl herunter
und wird zum Motor zurückgeführt.
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Da
das Öl
im Entlüftungsfilter 72 sowie
in der Druckregelungsbaugruppe 70 entfernt wird, wird für den Kurbelgehäusefilter 73 kein
feines Filtermedium benötigt,
das in der Lage ist, sehr feine Partikel zu filtern. Stattdessen
wird unter Verwendung eines gröberen
Filtermediums mit weniger Druckabfall eine effiziente Filterung
erreicht. Der gröbere
Filter ist kostengünstiger
als feine Filter, verstopft nicht so häufig und erfordert einen geringeren
Druckabfall für
eine wirksame Filterung. Somit werden die Kosten gesenkt und die
Wartungsintervalle für
das Ersetzen des Filters vergrößert. Darüber hinaus
ist nicht länger ein
großer
Druckabfall für
eine einwandfreie Filterung erforderlich.
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Partikel-
und ölfreie
Kurbelgehäuseemissionen
verlassen die Filtermedien 73 und treten aus dem Gasauslass 22 aus.
Die gereinigten Kurbelgehäuseemissionen
werden dann zum Motorlufteinlass 34 (1)
oder zum Turbo-Lufteinlass 42 (2) zur Verbrennung
geleitet.
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Nun
Bezug nehmend auf die 10 und 11, wird
ein Sperrventil gezeigt, das verhindert, dass Öl, das sich im System zur Emissionsreduzierung
sammelt, durch den Auslassdurchlass 63 fließt, insbesondere
wenn sich das Fahrzeug in einem extremen Winkel befindet oder bei Überschlag.
Das Sperrventil ist allgemein mit 160 bezeichnet und weist
ein zylindrisches Schwimmerelement 162 mit einem Tragkörper 164 und
einer Dichtung 166 auf. Der Tragkörper 164 ist im Allgemeinen
wannenförmig mit
einem offenen oberen Ende ausgeführt,
und die Dichtung wird mit Presspassung oder anderweitig im offenen
Ende des Körpers
fixiert. Von dem Tragkörper 164 und
der Dichtung 166 wird ein leerer Hohlraum 167 gebildet.
Die Dichtung besitzt eine kreisförmige
Dichtungsaußenfläche mit
einer Konfiguration, die ausreicht, um gegen das kreisförmige offene Ende
des Durchlasses 63, der einen mit 168 bezeichneten
Ventilsitz bildet, abzudichten. Alternativ, auch wenn nicht dargestellt,
könnte
die Dichtung einen Teil des Abschlussstücks belegen, z. B. eine ringförmige, radial
nach innen herausragende Schulter im Vertiefungsbereich 172,
um den Durchfluss in den Durchlass 63 zu verhindern.
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Der
Körper 164 weist
ein längliches,
zylindrisches Führungselement 169 auf,
um das Schwimmerelement in einer korrekten Ausrichtung in Bezug zum
Gasdurchlass 63 zu halten. Das Sperrventil wird durch das
obere Abschlussstück 96 des
Kurbelgehäusefilters 73 gestützt. Es
wird darauf hingewiesen, dass 11 das
Abschlussstück
darstellt, bevor es anhaftend am Ende der Medien 94 angebracht
wird. Auf jeden Fall weist das Abschlussstück 96 einen Vertiefungsbereich,
allgemein mit 172, auf bezeichnet, der eine Reihe länglicher,
sich axial erstreckender aufrechter Stützelemente 174, die
eine Abschlusswand 146 stützen, umfasst. In der Abschlusswand 176 ist
eine zentrale kreisförmige Öffnung 180 vorgesehen.
Das Führungselement 169 wird
gleitend in der Öffnung 180 aufgenommen,
der Tragkörper 164 wird
eng in den aufrechten Elementen 174 aufgenommen, so dass
das Schwimmerelement im Allgemeinen zu einer axialen Bewegung nach
oben und nach unten gezwungen wird. Am distalen inneren Ende des
Führungselements 170 kann
ein Greifhaken 182 vorgesehen sein, der leicht in die Öffnung 180 eingesetzt
werden kann, aber verhindert, dass das Führungselement versehentlich
aus der Öffnung 180 entfernt
wird.
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Das
Schwimmerelement 162 schwimmt mit dem Ölstand im Gehäuse des
Systems zur Emissionsreduzierung. Wenn der Ölstand im Gehäuse steigt,
dichtet die Dichtung 166 am Schwimmerelement fluidisch
gegen den Ventilsitz 168 ab, um zu verhindern, dass Öl zum Motor
gelangt. Der leere Hohlraum 167 im Schwimmerelement stellt
sicher, dass das Schwimmerelement oben auf der Oberfläche des Öls im Gehäuse bleibt
und dass das Schwimmerelement tatsächlich gegen den Gasdurchlass 63 leicht
abdichtet, bevor das Öl
den Gasdurchlass erreicht. Wenn der Ölstand fällt, fällt das Schwimmerelement 162 ebenfalls
und gibt wieder den Weg für
das Gas zum Motor frei. Auch wenn nicht dargestellt, wird bevorzugt,
dass die Dichtungsfläche
des Schwimmerelements oder des Ventilsitzes einen Ablass (z. B.
einen flachen Kanal oder eine Einkerbung) besitzt, um einen Druckausgleich über das
gesamte Schwimmerelement zu ermöglichen, wenn
der Ölstand
fällt.
Andernfalls könnte
das Schwimmerelement durch das Vakuum im Motor in der geschlossenen
Position verbleiben, auch wenn der Ölstand sinkt.
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Die
Baugruppe zur Emissionsreduzierung im Kurbelgehäuse der vorliegenden Erfindung
verhindert dadurch, dass Öl
durch das System zur Emissionsreduzierung durch das Kurbelgehäuse fließt und vom
Motor aufgenommen wird; und bietet immer noch ein System, das kompakt
ist, verschiedene Komponenten in einer einzigen integrierten Einheit kombiniert,
effizient ist und sich einfach und kostengünstig herstellen lässt.