DE102004063065B4

DE102004063065B4 - Ventilanordnung zur Führung einer Flüssigkeit gegen ein Gasdruckgefälle

Info

Publication number: DE102004063065B4
Application number: DE200410063065
Authority: DE
Inventors: Oliver Bojer
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Hengst SE and Co KG
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2024-12-23
Also published as: US20050161083A1; US7284566B2; DE20320046U1; DE102004063065A1

Abstract

Ventilanordnung zur Führung einer Flüssigkeit gegen ein Gasdruckgefälle,
mit drei hintereinander geschalteten Druckbereichen (Kammern 1, 2 und 3),
und mit einem Einlass für die Flüssigkeit, der in den ersten Druckbereich (Kammer 1) mündet,
und einem Auslass für die Flüssigkeit, der in den dritten Druckbereich (Kammer 3) mündet,
und mit Rückschlagventilen (4, 5), welche Durchgangsöffnungen zwischen dem ersten (Kammer 1) und zweiten Druckbereich (Kammer 2) sowie zwischen dem zweiten (Kammer 2) und dritten Druckbereich (Kammer 3) wahlweise freigeben oder verschließen,
wobei die Rückschlagventile (4, 5) in ihrer Ruhestellung, frei von äußeren Einwirkungen, geöffnet sind,
und durch den Gas-Gegendruck automatisch in ihrer Schließstellung gehalten werden,
und wobei die beiden äußeren Druckbereiche (Kammern 1, 3) jeweils mit dem mittleren Druckbereich (Kammer 2) über eine Belüftungsleitung (7, 8) verbunden sind,
wobei in jeder Belüftungsleitung (7, 8) ein Belüftungsventil (6) vorgesehen ist, welches die Belüftungsleitung (7,...

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Führung einer Flüssigkeit gegen ein Gasdruckgefälle.
Aus der Praxis sind Situationen bekannt, wo eine Flüssigkeit gegen eine Gasströmung bzw. einen Gas-Gegendruck geführt werden muss. Im Bereich der Verbrennungsmotoren, insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik, besteht eine derartige Situation beispielsweise im Bereich der Kurbelgehäuse-Entlüftung: Gas, welches vom Kurbelgehäuse durch einen Ölabscheider strömt, wird in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine geführt. Der im Ansaugtrakt bzw. in Strömungsrichtung hinter dem Ölnebelabscheider herrschende Druck ist geringer als der im Kurbelgehäuse herrschende Druck. Das im Ölabscheider abgeschiedene Öl soll jedoch in das Kurbelgehäuse ablaufen.
Aus den Druckschriften EP 1 286 025 A1 , DE 84 33 272 U1 und DE 195 15 482 C2 sind Ventilanordnungen bekannt, die jeweils im Bereich der Kurbelgehäuse-Entlüftung einer Brennkraftmaschine vorgesehen sind. Aus der DE 296 05 425 U1 ist es bekannt, ein Blattfeder-Ventil für das abgeschiedene Öl vorzusehen, welches in einem Öl-Sammelbehälter angeordnet ist. Sobald sich abgeschiedenes Öl in diesem Sammelbehälter ansammelt und eine vorgegebene hydrostatische Höhe erreicht, öffnet die Blattfeder aufgrund des hydrostatischen Drucks und das Öl kann ablaufen. Sobald jedoch Gas durch die Öffnung strömt, bildet sich wiederum eine Druckdifferenz an der Blattfeder und führt dazu, dass das durch die Blattfeder gebildete Rückschlagventil automatisch wieder schließt. Bei dieser technischen Lösung ist ei nerseits nachteilig, dass eine hohe Fertigungsgenauigkeit im Bereich der Blattfeder erforderlich ist, um in der Serienfertigung gleichmäßige Ventil-eigenschaften sicherzustellen, zudem ist eine gewisse Mindestbauhöhe der Öl-Sammelkammer zur Erzielung des gewünschten hydrostatischen Druckes erforderlich, was angesichts der häufig beengten Einbauverhältnisse in beispielsweise dem Motorraum eines Kraftfahrzeugs nachteilig ist. Bei verschiedenen Motorkonzepten ist die Druckdifferenz am Abscheider so hoch, daß ein Ablaufen des abgeschiedenen Öls lediglich im Stillstand des Motors möglich ist. Die Ölsammelkammer muß dann so groß dimensioniert werden, daß die gesamte bis zum Abstellen des Motors gesammelte Ölmenge gespeichert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die zuverlässig das Ablaufen einer Flüssigkeit gegen ein Gas-Druckgefälle ermöglicht, und die mit möglichst einfachen Mitteln eine zuverlässige Funktion ermöglicht und einen geringen Bauraum beansprucht.
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung schlägt dementsprechend vor, eine Schleusenlösung zu verwirklichen. Kernstück dieser Anordnung ist eine Schleusenkammer, die sowohl im Eintrittsbereich als auch im Austrittsbereich mit einem Rückschlagventil versehen ist. Die Sperrichtung der Rückschlagventile wirkt entgegen der gewünschten Förderwirkung der Flüssigkeit. Mittels einer Belüftungseinrichtung wird wechselweise in der Schleusenkammer der Druck vor der Schleusenkammer und hinter der Schleusenkammer aufgeschaltet, also der mittlere Druckbereich mittels einem oder mehreren Belüftungsventilen wechselweise mit dem Druck des Raumes unterhalb der Schleusenkammer und mit dem Druck oberhalb der Schleusenkammer beaufschlagt.
Im Ruhezustand stehen die Rückschlagventile offen, so dass die Schleusenkammer durchlässig ist, und das gesammeltes Öl zuverlässig in das Kurbelgehäuse zurückfließen kann und nicht die Gefahr besteht, dass angesammelte Teilölmengen sowie Feuch tigkeitskondensat ggf. unter kalten Witterungsbedingungen einfrieren und ggf. zur Funktionsunfähigkeit der Ventilanordnung – beispielsweise bei wiederholtem Kurzstreckenbetrieb – führen. Die gezielte Öffnung bzw. Schließung der Rückschlagventile wird durch die geöffneten oder verschlossenen Belüftungsleitungen bestimmt, sodass die einzelnen Rückschlagventile keine hochpräzis gleichen Ventileigenschaften aufweisen müssen.
Die Schleusenkammer sowie deren Eintritts- und Austrittsbereiche bilden drei Druckbereiche. Nachfolgend werden diese drei Druckbereiche vereinfachend als drei „Kammern” bezeichnet. In der Praxis muß jedoch nicht tatsächlich ein Bauteil vorgesehen sein, welches eine Ventilbaugruppe mit drei jeweils abgeschlossenen Kammern aufweisen muß; vielmehr können auch Leitungsabschnitte an die mittlere Schleusenkammer anschließen und die angrenzenden Druckbereiche darstellen, oder die mittlere Schleusenkammer kann unmittelbar an ein Saugrohr oder ein Kurbelgehäuse anschließen.
Die Belüftungsventile können beispielsweise elektrisch angesteuert sein; auf diese Weise können sie durch ein ohnehin vorgesehenes Motormanagement beeinflusst werden, sodass für den Fahrzeughersteller bzw. Motorenhersteller eine präzise Auslegung der Funktion der Ventilanordnung möglich ist.
Alternativ können die Belüftungsventile pneumatisch von einer sich im Motorbetrieb ändernden Druckdifferenz (z. B. Druckdifferenz zwischen Umgebungsdruck und Saugrohrdruck des Motors) geschaltet werden, sodass je nach Einbaulage der Ventilanordnung keine aufwendige Verlegung elektrischer Versorgungs- bzw. Steuerleitungen und ein dementsprechend komplexerer Kabelbaum erforderlich sind.
In besonders preisgünstiger Ausgestaltung können Blattventile als Rückschlagventile verwendet werden.
Vorteilhaft können Zwei-Wege-Ventile, also Durchgangsventile, in den Belüftungsleitungen vorgesehen sein, um jede Belüftungsleitung wahlweise zu öffnen oder zu schließen.
Ebenso kann preisgünstig vorgesehen sein, die zur mittleren Kammer führenden Belüftungsleitungen zu einem gemeinsamen Abschnitt beider Belüftungsleitungen zusammenzufassen. In einem derartigen Fall kann weiterhin vorgesehen sein, statt zwei separater Ventile in den beiden Belüftungsleitungen ein gemeinsames Drei-Wege-Ventil, z. B. ein Drei-Zwei-Wege-Ventil, zu verwenden, welches im Belüftungsfall die Belüftungsleitung wahlweise von der einen oder von der anderen äußeren Kammer zur mittleren Kammer durchgängig freischaltet.
Zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Ventilanordnungen, mit unterschiedlicher Ausgestaltung der Belüftungsventile, werden nachfolgend anhand der rein schematischen Darstellungen näher erläutert.
Dabei ist jeweils mit den Ziffern 1, 2 und 3 eine Anordnung dreier hintereinander geschalteter Kammern bezeichnet, wobei die geodätisch obere Kammer 1 an die Öl-Sammelleitung eines Ölabscheiders einer Kurbelgehäuse-Entlüftung angeschlossen ist oder den Ölsammelbereich eines Ölnebelabscheiders darstellt. Das abgeschiedene Öl gelangt daher zunächst in diese erste bzw. obere Kammer 1.
Die geodätisch untere Kammer 3 weist einen Auslass für das Öl auf, welcher zum Kurbelgehäuse führt oder einen mit dem Kurbelgehäuse direkt kommunizierenden Bereich unterhalb der Schleusenkammer 2 darstellt, wobei im Kurbelgehäuse und damit auch in der Auslassöffnung der Kammer 3 ein höherer Druck herrscht als im Ansaugtrakt und damit in der Einlassleitung für das Öl, welche an die obere Kammer 1 anschließt.
Beide Kammern 1 und 3 sind jeweils gegenüber der mittleren Kammer 2, der sog. Schleusenkammer, durch ein Rückschlagventil 4 bzw. 5 verschließbar, wobei diese beiden Rückschlagventile 4 und 5 jeweils als Blattventil ausgebildet sind. Wie aus 1 ersichtlich, befinden sich die Rückschlagventile 4 und 5 in ihrer Ruhestellung im geöffneten Zustand, mit nach unten geöffneten Blattfedern. Sollte sich Öl in einer der Kammern 1 oder 2 gesammelt haben, so kann dieses aufgrund der geöffneten Rückschlagventile automatisch in die Kammer 3 gelangen und zum Kurbelgehäuse zurücklaufen, sobald der Verbrennungsmotor steht.
Im Motorbetrieb wird aufgrund des höheren Kurbelgehäusedrucks ein höherer Druck in der unteren Kammer 3 herrschen als in der mittleren Kammer 2 oder der oberen Kammer 1, sodass zumindest eines der vom Differenzdruck gesteuerten Rückschlagventile 4 und 5 im Motorbetrieb geschlossen ist. Dabei sind zunächst zwei Belüftungsventile 6 geschlossen.
Wird jedoch das obere Belüftungsventil 6 geöffnet, so erfolgt über eine obere Belüftungsleitung 7 ein Druckausgleich zwischen den oberen beiden Kammern 1 und 2, sodass das obere Rückschlagventil 4 öffnet und zunächst angesammeltes Öl aus der oberen Kammer 1 in die mittlere Kammer 2 fließen kann.
Anschließend wird das obere Belüftungsventil 6 geschlossen und das untere Belüftungsventil 6 geöffnet, sodass über eine untere Belüftungsleitung 8 ein Druckausgleich zwischen den beiden unteren Kammern 2 und 3 erfolgt. Aufgrund dieses Druckausgleichs schließt sich in diesem Fall das obere Rückschlagventil 4 und öffnet sich das untere Rückschlagventil 5, und das Öl kann aus der mittleren Kammer 2 in die untere Kammer 3 und von dort durch den Auslass ins Kurbelgehäuse gelangen.
Die beiden Belüftungsleitungen 7 und 8 weisen einen gemeinsamen Abschnitt 9 auf, sodass in herstellungstechnisch einfa cher Weise lediglich ein einziger Leitungsabschnitt an die mittlere Kammer 2 anschließt.
Wenn bei offener unterer Belüftungsleitung 8 und offenem Rückschlagventil 5 die beiden unteren Kammern 2 und 3 den gleichen Innendruck aufweisen, so ist dieser Innendruck größer als der in der oberen Kammer 1 herrschende Druck, sodass in diesem Betriebszustand das obere Rückschlagventil 4 automatisch schließt und auf diese Weise zuverlässig verhindert wird, dass Öl nach oben mitgerissen wird und in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine gelangen kann.
Bei elektrischer Ansteuerung der Belüftungsventile 6 kann vorgesehen sein, diese in bestimmten zeitlichen Intervallen zu öffnen, wobei diese Intervalle beispielsweise durch das Motormanagement vorgegeben sein können, beispielsweise je nach den jeweiligen, momentanen Betriebsbedingungen des Motors.
Bei einer pneumatischen Betätigung der Belüftungsventile 6 erfolgt beispielsweise deren Betätigung abhängig von den Druckdifferenzen zwischen dem Umgebungsdruck und den Drücken im Ansaugtrakt, also mit ungewissen zeitlichen Abständen im Vergleich zu einer elektrisch gesteuerten Betätigung dieser Belüftungsventile 6.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich lediglich im Bereich der Belüftungsleitungen von dem der 1. In 2 ist ein einziges Belüftungsventil 6 vorgesehen, welches als Drei-Zwei-Wege-Ventil ausgestaltet ist und an die oberen und unteren Belüftungsleitungen 7 und 8 anschließt sowie an den gemeinsamen Abschnitt 9 der Belüftungsleitungen 7 und 8, welcher zur mittleren Kammer 2 führt. Das als Drei-Zwei-Wege-Ventil ausgestaltete Belüftungsventil 6 kann wahlweise die obere Belüftungsleitung 7 von der ersten Kammer 1 zur mittleren Kammer 2 freischalten während gleichzeitig die Verbindung zwischen Schleusenkammer 2 und Kammer 3 gesperrt wird, oder die untere Belüftungsleitung 8 von der unteren Kammer 3 zur mittleren Kammer 2 freischalten und gleichzeitig die Verbindung zwischen Druckbereich 1 und Schleusenkammer 2 sperren.
Das Drei-Zwei-Wege-Ventil gem. 2 weist den Vorteil auf, mit besonders geringem Bauraum und zu lediglich einer Stelle zu verlegenden Steuerleitungen dieselben Funktion wie die zwei einzelnen Zwei-Wege-Ventile zu ermöglichen.
Die Verwendung von zwei separaten Zwei-Wege-Ventilen hat demgegenüber im Grundsatz den Vorteil, dass bei einer Störung der Dichtfunktion eines der beiden Rückschlagventile der Leckstrom von dem mit Kurbelgehäusedruck beaufschlagten Druckbereichs zu dem mit dem Saugrohrdruck beaufschlagten Druckbereich nur dann möglich ist, wenn das 2-Wege-Ventil geöffnet ist, welches parallel zum zweiten Rückschlagventil geschaltet ist.
Bei beiden Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist es möglich, die Belüftungsventile 6 – anders als in den rein schematischen Zeichnungen dargestellt – von den Kammern 1 bis 3 entfernt anzuordnen, sodass der für die Unterbringung der Kammern 1 bis 3 erforderliche Bauraum dementsprechend gering bemessen sein kann.

Claims

Ventilanordnung zur Führung einer Flüssigkeit gegen ein Gasdruckgefälle, mit drei hintereinander geschalteten Druckbereichen (Kammern 1, 2 und 3), und mit einem Einlass für die Flüssigkeit, der in den ersten Druckbereich (Kammer 1) mündet, und einem Auslass für die Flüssigkeit, der in den dritten Druckbereich (Kammer 3) mündet, und mit Rückschlagventilen (4, 5), welche Durchgangsöffnungen zwischen dem ersten (Kammer 1) und zweiten Druckbereich (Kammer 2) sowie zwischen dem zweiten (Kammer 2) und dritten Druckbereich (Kammer 3) wahlweise freigeben oder verschließen, wobei die Rückschlagventile (4, 5) in ihrer Ruhestellung, frei von äußeren Einwirkungen, geöffnet sind, und durch den Gas-Gegendruck automatisch in ihrer Schließstellung gehalten werden, und wobei die beiden äußeren Druckbereiche (Kammern 1, 3) jeweils mit dem mittleren Druckbereich (Kammer 2) über eine Belüftungsleitung (7, 8) verbunden sind, wobei in jeder Belüftungsleitung (7, 8) ein Belüftungsventil (6) vorgesehen ist, welches die Belüftungsleitung (7, 8) wahlweise freigibt oder verschließt.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsventile (6) elektrisch angesteuert sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsventile (6) pneumatisch angesteuert sind.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Blattventile als Rückschlagventile (4, 5).
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den beiden Belüftungsleitungen (7, 8) jeweils ein Zwei-Wege-Ventil als Belüftungsventil (6) vorgesehen ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Belüftungsleitungen (7, 8) einen gemeinsamen, zur mittleren Kammer führenden Abschnitt (9) aufweisen.
Ventilanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Belüftungsventile (6) zu einem Drei-Wege-Ventil zusammengefasst sind, welches an jede der beiden Belüftungsleitungen (7, 8) sowie an den gemeinsamen Abschnitt (9) anschließt.
Ventilanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Drei-Wege-Ventil als Drei-Zwei-Wege-Ventil ausgeführt ist.