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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Entlüftersysteme
in Verbrennungsmotoren, die den freien Fluss von Bypassgasen und
Luftbewegung zwischen den Kammern des Motors, während der Motor läuft, ermöglichen,
und auf Sperrventile, die in derartigen Entlüftersystemen bereitgestellt
werden, um zu verhindern, dass Öl
in dem Entlüftersystem
in das Motoransaugsystem eintritt, und ist insbesondere, aber nicht
ausschließlich
auf Entlüftersysteme
mit geschlossenem Kreislauf anwendbar.
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HINTERGRUND
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Ein
Verbrennungsmotor weist typischerweise drei Kammern auf, das Kurbelgehäuse, das
Steuergehäuse
und die obere Abdeckung. Jede dieser Kammern muss offen verbunden
sein, um freien Fluss von Bypassgasen und Luftbewegung zu ermöglichen,
während
der Motor läuft.
In einem geschlossenen Entlüftersystem
entweicht Durchblasgas an dem Kolben vorbei in das Kurbelgehäuse, wo es
sich mit durch die Luft beförderten Öltröpfchen vermischt
und in das Motoransaugsystem zurückgespeist
wird. Das Durchblasgas gelangt durch einen Ölabschneider aus gewebtem Netz,
der das Öl
von dem Durchblasgas abschneidet, bevor ermöglicht wird, dass das Öl unter
Schwerkraft in die Wanne zurückkehrt.
Das Durchblasgas setzt sich dann durch ein Druckregelventil zu dem
Ansaugkrümmer
fort. Das Druckregelventil weist typischerweise eine federbelastete
Membran auf, die sich schließt,
wenn der Ansaugunterdruck die Federlast überwindet. Positiver Kurbelgehäusedruck öffnet die
Membran und ermöglicht
es, dass Durchblasgase in das Lufteinlasssystem entweichen. Negativer
Kurbelgehäusedruck
schließt
die Membran und verhindert, dass Durchblasgase zurück in den
Motor gezogen werden.
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Bei
den bekannten Entlüftersystemen
mit geschlossenem Kreislauf ist man auf die Schwerkraft angewiesen,
um sicherzustellen, dass Öl
in den Durchblasgasen in die Wanne zurückkehrt. Unter unnormalen Betriebsbedingungen
wie etwa Überfüllung der
Wanne oder übertriebenem
Durchblasen von Öl, was
von einem verschlissenen Motor herrührt, besteht eine Gefahr, dass Öl nicht
in die Wanne zurückkehren
wird, aber durch Schwerkraft zu dem Druckregelventil und somit zu
dem Motoransaugsystem gelenkt werden kann, was zu unerwünschten
Motorabgasen führt.
Wenn der Motor in einem Fahrzeug oder einer Maschine montiert ist,
das/die bei extremer Neigung in Betrieb ist oder überrollt,
besteht die Gefahr, dass wesentliche Mengen an Öl unter Schwerkraft fließen und
in das Motoransaugsystem eintreten können. Dies kann verursachen,
dass der Motor in unbeherrschtem Zustand läuft und kann sowohl zu Beschädigung des
Motors als auch zu unerwünschten
Motorabgasen führen.
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JP 59208116 beschreibt
eine Durchblasgasrücklaufeinrichtung.
DE 198 01 608 beschreibt
einen Ölabschneider.
WO 01/90540 beschreibt ein
Sicherheitssperrventil für
eine Kurbelgehäuseentlüftung.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Sperrventil für ein Entlüftersystem
bereitzustellen, das eins oder mehrere dieser Probleme bewältigt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Entlüftervorrichtung mit geschlossenem
Kreislauf für
ein Motorentlüftersystem
bereit, das eine Zylinderkopfabdeckung und ein Sperrventil, das
unterhalb der Zylinderkopfabdeckung bereitgestellt ist, beinhaltet. Das
Sperrventil umfasst eine Öffnung,
die mit einem Einlasskanal für
Ventilation in Verbindung steht, und einen Ventilschwimmer, der
darauf beschränkt
wird, sich zwischen einer ersten Position während normaler Betriebsbedingungen,
unter denen die Öffnung geöffnet ist,
und einer zweiten Position während
unnormaler Betriebsbedingungen, unter denen die Öffnung geschlossen ist, zu
bewegen. Das Sperrventil umfasst ein lineares beschränkendes
Mittel, das den Ventilschwimmer auf eine Bewegung in ausschließlich einer
linearen Richtung zwischen der ersten Position und der zweiten Position
beschränkt,
und das Führungsmittel
ist an der Unterseite der Zylinderkopfabdeckung fixiert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Rückansicht
eines Verbrennungsmotors, der ein Entlüftersystem mit geschlossenem
Kreislauf gemäß dem Stand
der Technik aufweist, das ein Druckregelventil umfasst;
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Druckregelventils aus 1;
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3 ist
eine Ansicht von unten eines Teils einer Zylinderkopfabdeckung,
die eine Entlüftervorrichtung
mit geschlossenem Kreislauf gemäß einer ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst;
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4 ist
eine Querschnittsansicht auf der Linie X-X der Entlüftervorrichtung
mit geschlossenem Kreislauf aus 3 mit dem
Sperrventil in einer geöffneten
Position;
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5 ist
eine Querschnittsansicht auf der Linie X-X der Entlüftervorrichtung
mit geschlossenem Kreislauf aus 3 mit dem
Sperrventil in einer geschlossenen Position; und
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6 ist
eine detaillierte Ansicht des Sperrventils der Entlüftervorrichtung
mit geschlossenem Kreislauf aus 3.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ein
bekanntes geschlossenes Entlüftersystem 10 ist
in 1 und 2 gezeigt. Ein Motor 12 weist
ein Kurbelgehäuse 14,
einen Luftfilter 16 und einen Ansaugkrümmer 18 auf. Durchblasgas,
welches an den Kolben (nicht gezeigt) vorbei in das Kurbelgehäuse 14 entweicht,
vermischt sich mit durch die Luft beförderten Öltröpfchen in dem Kurbelgehäuse und
wird zu dem Motoransaugsystem zurückgespeist. Das Gas gelangt
zuerst durch das Kurbelgehäuse-Entlüfterrohr 20 durch
zu einem kombinierten Filter/Abschneider 22, der das Öl von dem
Durchblasgas abschneidet, bevor ermöglicht wird, dass das Öl unter
Schwerkraft zu dem Kurbelgehäuse 14 zurückkehrt.
Das Durchblasgas setzt sich dann durch ein Druckregelventil 24 und
entlang einem Lufteinlassrohr 26 zu dem Ansaugkrümmer 18 fort.
Das in 1 gezeigte geschlossene Entlüftersystem umfasst kein Sperrventil.
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Das
Druckregelventil 24 ist in 2 detaillierter
gezeigt und weist ein Gehäuse 28 mit
einem Kurbelgehäuseeinlass 30 auf,
der mit einem Kurbelgehäuse-Entlüfterrohr 20 über den
kombinierten Filter/Abschneider 22 und einen Ansaugkrümmerausgang,
der mit dem Luftaufnahmerohr 26 verbunden ist, verbunden
ist. In dem Gehäuse 28 ist
eine federbelastete Membran 32 montiert, die sich schließt, wenn
der Ansaugunterdruck die Last der Feder 34 überwindet.
Positiver Kurbelgehäusedruck öffnet die Membran 32 zu
der in 2 gezeigten Position, wodurch ermöglicht wird,
dass Durchblasgase in das Luftaufnahmesystem entlang dem von den
Pfeilen 36 angezeigten Weg entweichen. Negativer Kurbelgehäusedruck
schließt
die Membran 32 und verhindert, dass Durchblasgase zurück in den
Motor gezogen werden.
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Eine
Ausführungsform
einer Entlüftervorrichtung 50 mit
geschlossenem Kreislauf gemäß der Erfindung
wird lediglich beispielhaft mit Bezug auf 3 bis 6 beschrieben.
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Die
Entlüftervorrichtung 50 mit
geschlossenem Kreislauf umfasst ein Druckregelventil 52,
das ähnlich
dem in 2 gezeigten Druckregelventil 24 ist,
aber es versteht sich, dass das Druckregelventil 52 ausgespart
oder separat bereitgestellt werden kann. Die Entlüftervorrichtung 50 mit
geschlossenem Kreislauf umfasst eine Zylinderkopfabdeckung 54, die
in Verwendung den Zylinderkopf 56 abdeckt, wodurch die
Ventile (nicht gezeigt) und der Ventilbetriebsmechanismus 57 innerhalb
der Motorventilkammer 58 eingeschlossen sind. Ein Dichtring 59 dichtet die
Zylinderkopfabdeckung 54 an die Wände des Zylinderkopfs 56.
Der Ventilbetriebsmechanismus 57 kann jeder beliebige Mechanismus
wie etwa eine Kipphebelachse, ein elektrisch betriebener Mechanismus
oder ein hydraulisch betriebener Mechanismus sein. Das Druckregelventil 52 ist
innerhalb der Zylinderkopfabdeckung 54 montiert und umfasst
eine Abdeckungsplatte 60, unterhalb der sich eine federbelastete
Membran 62 befindet, die sich schließt, wenn der Ansaugunterdruck
die Last der Feder 64 überwindet.
Positiver Kurbelgehäusedruck öffnet die Membran 62 zu
der in 4 gezeigten Position, wodurch ermöglicht wird,
dass Durchblasgase in das Luftaufnahmesystem entlang dem von den
Pfeilen 66 angezeigten Weg entweichen.
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Die
Entlüftervorrichtung 50 mit
geschlossenem Kreislauf umfasst einen Einlasskanal 68 für Ventilation
und einen Auslaufkanal 70, die Durchblasgase durch das
Druckregelventil 52 befördern.
Eine verbindende Öffnung 72 verbindet
ein Sperrventil 74 mit dem Gaseinlasskanal 68.
Das Sperrventil 74 umfasst einen Ventilschwimmer 76,
der beweglich in einem Führungskorb 78 gehalten
wird, der einen oberen Zylinder 80 und drei untere Schenkel 82 beinhaltet,
die von dem Zylinder 80 nach unten vorstehen. Der Zylinder 80 weist
einen Ventilsitz 84 an seinem oberen Ende auf. Die verbindende Öffnung 72 ist
in dem Ventilsitz 84 bereitgestellt. Die unteren Schenkel 82 sind
an ihren unteren Enden verbunden, um einen Sitz 86 zu bilden,
der die Fortbewegung des Ventilschwimmers 76 nach unten
in den Führungskorb 78 begrenzt.
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Schrauben
oder andere geeignete Fixierungen (nicht gezeigt) gehen durch die Öffnungen 88 in einen
Flansch 90, der mit dem Führungskorb 78 verbunden
ist, um das Sperrventil 74 an der Zylinderkopfabdeckung 54 zu
sichern. Alternativ dazu kann der Führungskorb 78 integral
mit der Zylinderkopfabdeckung 54 gebildet sein oder durch
jedes beliebige andere geeignete Mittel fixiert werden.
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Die
Form des Führungskorbs 78 kann
variieren, er kann zum Beispiel eine unterschiedliche Anzahl an
Schenkeln 82 aufweisen, und die Schenkel können sich
zu der gesamten Höhe
des Führungskorbs 78 erstrecken.
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Der
Ventilschwimmer 76 weist eine geringere Dichte als die
von Öl
auf, so dass er imstande ist, auf jedem beliebigen Öl 92,
das in die Motorventilkammer 58 eintritt, zu schwimmen.
Der Ventilschwimmer 76 kann ein Kugelschwimmer, zum Beispiel
eine hohle Kugel aus Kunststoff oder Metall oder jede beliebige
andere geeignete Konstruktion sein.
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Der
Auslaufkanal 70 für
Ventilation beinhaltet einen sich verjüngenden Auslaufkanal 94,
der integral mit der Zylinderkopfabdeckung 54 gebildet
ist. Ein erster Abschnitt 96 des Auslaufkanals 94 erstreckt
sich unterhalb der Zylinderkopfabdeckung 54, am besten
in 3 zu sehen, wo die Kipphebelachse 57 der
Klarheit halber ausgespart wurde. Ein zweiter Abschnitt 98 des
Auslaufkanals 94 erstreckt sich durch die Seitenwand 99 der
Zylinderkopfabdeckung 54 zu einem Ausgang 100,
der außerhalb
der Zylinderkopfabdeckung 54 positioniert ist. In dem Beispiel von 4 und 5 ist
ein Rohr 102 durch eine Dichtung 104 mit dem Ausgang 100 verbunden.
Das Rohr 102 steht mit der Ansaugkammer (nicht gezeigt) des
Motors in Verbindung. Andere Formen von Verknüpfung können an dem Ausgang 100 vorgenommen
werden.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Die
Entlüftervorrichtung 50 mit
geschlossenem Kreislauf der vorliegenden Erfindung stellt eine kompakte
Struktur zum Verhindern, dass in dem Fall, in dem Öl in die
Motorventilkammer 58 eintritt, jegliches Öl durch
das Entlüftersystem
geht, und zum Reduzieren der Verschleppung von Öltropfen in das Entlüftersystem
bereit.
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Bei
normalem Motorlauf befindet sich der Ventilschwimmer 76 auf
dem Sitz 86 in der ersten in 4 gezeigten
Position, wodurch das Durchgehen des Durchblasgases nach oben durch
die Lüftungskanäle (nicht
gezeigt) aus dem Motorkurbelgehäuse (nicht
gezeigt) durch die verbindende Öffnung 72 in den
Einlasskanal 68 für
Ventilation und entlang dem von den Pfeilen 66 angezeigten
Weg ermöglicht
wird. Das Sperrventil 74 verhindert, dass große Öltropfen, die
typischerweise größer als
10 Mikrometer in der Größe sind
und als ein Ergebnis einer Kipphebelbewegung in der Motorventilkammer 58 vorliegen,
in den Einlasskanal 68 für Ventilation eintreten. Durchblasgase
folgen einem gewundenen Weg durch das Sperrventil 74, da
sie nicht gerade nach oben durch das Sperrventil 74 zu
der Öffnung 72 fließen können. Wenn
die Durchblasgase die Richtung ändern,
werden Öltropfen
auf den Führungskorb 78 und
den Ventilschwimmer 76 abgelenkt, wodurch die Verschleppung
von Öl
zu dem Motoransaugsystem reduziert wird.
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Wenn Öl aufgrund
unnormaler Betriebsbedingungen, wie etwa Überfüllung der Wanne, übertriebenem
Durchblasen von Öl,
was von einem verschlissenen Motor herrührt, oder Betrieb des Motors an
einer Steigung, in die Motorventilkammer 58 eintritt, wird
der Ölpegel 92 steigen.
Wenn der Ölpegel 92 steigt,
steigt der Ventilschwimmer 76, bis er an dem Ventilsitz 84 in
einer zweiten in 5 gezeigten Position aufliegt,
wodurch die Öffnung 72 abgedeckt wird
und das Durchgehen von Durchblasgasen durch die verbindende Öffnung 72 in
den Einlasskanal 68 für
Ventilation verhindert wird.
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Falls
der Motor umkippt, wird der Ventilschwimmer 76 unter Schwerkraft
fallen bis er an dem Ventilsitz 84 in der zweiten in 5 gezeigten
Position aufliegt, selbst bevor sich die Motorventilkammer 58 mit Öl füllt, wodurch
die Öffnung 72 abgedeckt wird
und das Durchgehen von Öl
durch die verbindende Öffnung 72 in
den Einlasskanal 68 für
Ventilation verhindert wird.
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Das
Sperrventil 74 verhindert somit, dass Öl in dem Entlüftersystem
mit geschlossenem Kreislauf in das Motoransaugsystem eintritt, was
verursachen kann, dass der Motor in unbeherrschtem Zustand läuft und
zu einer Beschädigung
des Motors führen kann.
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Die
Entlüftervorrichtung 50 mit
geschlossenem Kreislauf der vorliegenden Erfindung erlaubt die Einführung eines
Sperrventils 74 in ein Motorentlüftersystem, ohne die Höhe des Motors
oder seiner Komponenten zu erhöhen,
da das Sperrventil 74 innerhalb der Zylinderkopfabdeckung 54 enthalten
ist und Raum in der Motorventilkammer 58 nutzt, der ansonsten
ungenutzt wäre.
Das Sperrventil kann einfach gepasst werden, ist nicht außerhalb
des Motors positioniert, wo es Beschädigung gegenüber anfällig ist,
erfordert keine zugehörigen
externen Rohrleitungen und beseitigt potenzielle Leckwege.
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Es
versteht sich, dass die geometrische Anordnung des Sperrventils 74 und
des Einlass- und Auslaufkanals 68, 70 variiert
werden kann, um für den
Aufbau des Motors geeignet zu sein wie dem Fachmann ersichtlich
sein wird. Die Zylinderkopfabdeckung 54 kann eine vollständige Abdeckung,
eine obere Abdeckung oder eine Teilabdeckung sein. Das Material
des Sperrventils 74 und der Zylinderkopfabdeckung 54 kann
jedes geeignete Material, zum Beispiel Aluminium, Metalllegierung,
Pressblech, Verbundwerkstoff, Duroplast oder Thermoplast sein. Das Sperrventil 74 kann
integral mit der Zylinderkopfabdeckung 54 gebildet sein
oder kann separat gebildet sein und dann an der Zylinderkopfabdeckung 54 befestigt
werden, um eine integrale Einheit zu bilden. Andere Modifikationen
können
innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche vorgenommen
werden.