DE2722876C2

DE2722876C2 - Steuerventil für eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung an Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2722876C2
Application number: DE2722876A
Authority: DE
Inventors: Alvin P. Livonia Mich. Nowroski; Lyman V. Dearborn Mich. Root
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1985-03-14
Also published as: US4056085A; DE2722876A1; AU515777B2; GB1578370A; CA1068566A; JPS564730B2; AU2228677A; JPS538443A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil für eine Kurbclgehäuseentlüfti'.igsleitung an Verbrennungsmotoren der im Oberbegriff des Patentanspruchs erläuterten Art.

Aus der US-PS 28 53 986 ist bereits ein Steuerventilsystem dieser Art bekannt. Dieses bekannte Steuerventil weist den Nachteil auf. daß es bei unterschiedlichen Sirömungs- und Schwingungsverhalten im Ansaugrohr des Verbrennungsmotors zu stark unterschiedlichen Strömungsmengen von über die Kurbelgehäuseentl'iftungsleitung abgeführten Kurbeigehäusegasen kommen kann.

Diese stark unterschiedlichen Strömungsmengen von Kurbelgchäusegasen beeinträchtigen das Betriebs- und Abgasverhalten des Verbrennungsmotors nachteilig, da sie praktisch einen Teil des dem Verbrennungsmotor zugeführten brennbaren Gemisches bilden, der nicht von der Gemischaufbreitungsanlage des Verbrennungsmotors kontrolliert wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Steuerventil der im Oberbegriff des Patentanspruchs erläuterten Art derart zu verbessern, daß eine möglichst präzise Steuerung der Strömungsmenge von Kurbelgehäusegasen über den gesamten Teillastbereich des Verbrennungsmotors erzielt wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Steuerventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs die im Kennzeichenteil des Patentan- m> spruchs aufgezeigten Merkmale aufweist.

Dadurch, daß die den Ventilkörper belastende Feder derart ausgelegt und die Durchgangsbohrung des Vc-ntilkörpcrs als eine konvergierende divergierende Düsenbohrung so dimensioniert ist, daß über den gesamten Teillastbereich eines Verbrennungsmotors, bei Unterdrücken mindestens ab 12kPa der Ventilkörper am Ventilsitz anliegt und in der Durchgangsbohrung zumindest im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit auftritt, wird die Strömungsmenge von Kurbelgehäusegasen im wesentlichen über den gesamten Teillastbereich des Verbrennungsmotors auf einem gewünschten gleichbleibenden Wert gehalten.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Ks zeigt

Fig. 1 eine schemaüsche Ansicht eines Verbrennungsmotors mit einer Kurbelgehäusegase in das Ansaugrohr führenden Kurbelgehäuseentlüftungsleitung, in der ein erfindungsgemäßes Steuerventil zur Anwendung kommen kann:

Fig.2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Steuerventil;

F i g. 3 ein Diagramm der über ein erfindungsgemäßes Steuerventil gesteuerten Strömungsmenge von Kurbelgehäusegasen über den sich ändernden Unterdruck im Ansaugrohr des Verbrennungsmotors.

In F i g. 1 ist ein V-8 Verbrennungsmotor 10 schematisch dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Luftfilter 12 auf, der gefilterte Luft dem Ansaugkanal 14 eines Vergasers 15 zuführt Der Vergaser 15 ist über einen Flansch 16 auf dem Ansaugrohr 18 des Verbrennungsmotors befestigt. Der Verbrennungsmotor 10 weist die üblichen Kolben 20 (nur einer gezeigt) auf. die im Zylinderblock 2J" auf- und abbewegbar angeordnet sind und brennbares Gemisch über das Ansaugrohr 18 und einen von Ventildeckelhauben 24 abgedeckten Ventiltrieb ansaugen.

Während eines Betriebes des Verbrennungsmotors gelangen jedoch unterschiedliche Mengen von Beipass- oder Leckgasen aus den Verbrennungsräumen der Zylinder an den Kolben 20 vorbei in das Kurbelgehäuse 26. Um ein Entweichen dieser Kurbelgehäusegase in die Außenatmosphäre zu verhindern, werden diese Gase über eine Kurbelgehäuseentlüftungslcitung 30. die über die Ventildeckelhauben 24 mit dem Kurbelgehäuse 26 in Verbindung steht, über den Flansch 16 wieder dem Ansaugrohr 18 des Verbrennungsmotors zugeführt. Wahrend eines Betriebes des Verbrennungsmotors kann hierbei über eine Belüftungskappe 32 dem Kurbelgehäuse 26 Belüftungsluft zugeführt werden. Die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 30 ist hierbei in bekannter Weise mit einem Steuerventil 33 versehen, das die Strömungsmenge der aus dem Kurbelgehäuse 26 abgesaugten Gase in Abhängigkeit vom Unterdruck im Ansaugrohr 18 des Verbrennungsmotors derart steuert, daß diese das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des brennbaren Gemisches des Verbrennungsmotors nicht nachteilig beeinflussen.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß bei einem Steuerventil der bekannten Art mit einer festgelegten Durchgangsbohrung diese bei einem Unterdruck von weniger als 473 kPa zu einem Strömungsverlust führt. wodurch sich im Teillastbereich unterschiedliche Stromungsmengen von Kurbelgehäusegasen ergeben.

Durch Hcrstellungstoleranzen ergeben sich um Motor zu Motor unterschiedliche Strömung¹»- und Schwingungsverhaltcn. so daß die meisten Krafifahr/eughersteller fordern, daß ein Steuerventil für eine Kurbelgc häuseentlüftungsleitung eine bestimmte /wischen ei nem Maximum und einem Minimum liegende Steuer charakteristik aufweisen muß, damit das Lult-Kraftstoff-Verhältnis des brennbaren Gemisches nicht nach teilig beeinflußt wird. Es ist leicht zu erkennen, daß durch unpräzise Steuerung der Strömungsmenge der abgesaugten Kurbelgehäusegase im Teillaslbereieh ein

genaues Einhalten des erwünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des dem Verbrennungsmotor zugeführten brennbaren Gemisches nicht möglich ist.

In Fig.2 ist ein erfindungsgemäßes Steuerventil im Schnitt gezeigt. Es besteht aus einem einteiligen Ventilgehäuse 51. dessen Ventilbohrung 69 an einem Ende einen Ventilsitz 52 aufweist und am anderen Ende mit einer Scheibe 58 mit einer festgelegten Drosselöffnung 50 versehen ist. wobei der Ventilsitz 52 in einen Kanal 54 bestimmten Querschnitts führt und die Scheibe 58 am Ende 56 des Ventilgehäuses 51 über einen Sicherungsring 62 festgelegt ist. innerhalb der Ventilbohrung 69 ist ein Ventilkörper 64 axial beweglich angeordnet, dessen flaches Ende 66 über eine Feder 70 zeitweise gegen die Scheibe 58 anliegend gehalten wird und dessen anderes konisches Ende 68 mit dem Ventilsitz 52 eine die Strömungsmenge zeitweise steuernde Ringöffnung bildend zusammenwirkt.

Der Ventilkörper 64 ist hierbei mit einer Durchgangsbohrung 72 versehen, die als eine, einen konvergieren- den Teil 74, einen divergierenden TeL¹ 76 und eine dazwischen liegende Engstelle 78 aufweisende konvergierend-divergierende Düsenbohrung ausgebildet ist. Die Durchgangsbohrung 72 wird hierbei gemäß der Erfindung in ihrer geometrischen Form und in ihren Abmessurtgen derart ausgelegt, daß über einen weiten Bereich des Betriebsbereiches eines Verbrennungsmotors und insbesondere über den Teillastbereich bis hinunter zu Unterdrücken von 6 bis 12 kPa Kurbelgehäusegase mit Schallgeschwindigkeit durch die Durchgangsbohrung 72 geführt werden.

Die Kraft der Feder 70 wird hierbei so gewählt, daß in dem Moment, in dem die Strömungsgeschwindigkeit in der Durchgangsbohrung 72 von Schallgeschwindigkeit auf Unterschallgeschwindigkeit abfällt, was etwa bei 6 bis 12 kPa der Fall ist, sich der Ventilkörper 64 in F i g. 2 gesehen nach rechts bewegt und vom Ventilsitz 52 abhebt. Dadurch wird ein zusätzlicher Strömungsquerschnitt durch die Ventilbohrung 69 freigegeben. Diese Strömung VTd darauffolgend moduliert, zuerst durch die zwischen dem konischen Ende 68 und dem Ventilsitz 52 gebildete, gesteuerte Ringöffnung und darauffolgend, sobald sich der Ventilkörper 64 weiter nach rechts bewegt, durch die Größe der festgelegten Drosselöffnung 60 und die Anzahl der Nuten oder Einschnitte im flachen Ende 66 des Ventilkörpers 64, nachdem das konische linde 68 keine Modulierfunktion mehr aufweist.

Es ist selbstverständlich, daß die Kraft der Feder 70 die erforderlich ist. um den Ventilkörper 64 vom Ventilsii/ 52 abzuheben, so avsgelegt werden kann, daß sie den gev/ünschten Entlüftungserfordernissen eines Verbrennungsmotors Rechnung trägt. In manchen Fällen kann z. B. die Feder 70 so ausgelegt sein, daß der Ventilkörper 64 bereits bei einem Unterdruck von 12 kPa vom Ventilsitz 52 ab/blieben beginnt, obwohl die Strömung in der Durchgungsbohrung 72 noch im Bereich der Schallgeschwindigkeit liegt, wenn z. B. eine größere Strömungsmenge gewünscht wird.

Funktionsweise

b0

Hei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit geschlossener Drosselklappe, d.h. im Leerlauf, wird sich im Ansaugrohr ein Unterdruck einstellen, der 5OkPa übersteigt, wodurch die auf den Veniilkörper 64 einwirkende Saugkraft großer ist als die Kraft der Feder 70, iiie den Ventilkorper 64 nach rechts zu drücken sucht, so tl.iB der Veniilkorper 64 nach links in Anlage gegen den Ventilsitz 52 gezogen wird. Dadurch wird der Strömungsweg durch den äußeren Bereich der Ventilbohrung 69 abgeschnitten und es kann nur eine Strömung über die Durchgangsbohrung 72 erfolgen. Durch die gemäß der Erfindung als konvergierend-divergierende Düsenbohrung ausgelegte Durchgangsbohrung 72 wird somit eine Strömung mit Schallgeschwindigkeit erfolgen, die unabhängig von Änderungen des Druckes stromabwärts und damit konstant ist. Die Strömungsmenge wird durch den Querschnitt der Durchgangsbohrung 72 und durch die Schallgeschwindigkeit bestimmt. Somit ergibt sich eine konstante Strömungsmenge, mit deren vorbestimmter Auslegung eine genaue Einhaltung der gewünschten Strömungsmengen an Kurbelgehäusegasen erzielt werden kann. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Beeinträchtigung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des dem Verbrennungsmotor zugeführten brennbaren Gemisches vermieden werden.

Bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors bei leicht geöffneter Drosselklappe, d. h. im Teillastbereich, fällt der Unterdruck im Ansaugrohr auf ·. \-<en Wert ab. bei der die Kraft der Feder 70 die auf den Veniükorper 64 einwirkende Saugkraft übersteigt und diesen nach rechts zu bewegen beginnt. Zu diesem Zeitpunkt fällt auch die Strömung in der Durchgangsbohrung 72 von Schallgeschwindigkeit auf Unterschallgeschwindigkeit ab. Nunmehr erfolgt eine Strömung von Kurbelgehäusegasen nicht nur über die Durchgangsbohrung 72 sondern auch über die zwischen dem konischen Ende 68 und dem Ventilsitz 52 gebildete Ringöfhiung. Die Strömung durch das Steuerventil wird in diesem Bereich entsprechend dem sich ändernden Unterdruck im Ansaugrohr gesteuert.

Bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors bei voll geöffneter Drosselklappe, d h. bei Vollast, sinkt der Unterdruck im Ansaugrohr 30 weit ab, daß die Feder 70 den Ventilkorper 64 zur Anlage gegen die Scheibe 58 bringt. In diesem Bereich wird die Strömung durch das Steuerventil durch die festgelegte Drosselöffnung 50 im Zusammenwirken mit eventuellen Nuten und Einschnitten am flachen Ende 66 des Ventilkörpers 64 bestimmt.

Iu F ig. 3 sind Strömungsmengenkurven eines erfindungsgemäßen Steuerventil gegenüber dem Unterdruck im Ansaugrohr aufgezeigt. Im einzelnen zeigt eine Strömungsmengenkurve 82 z. B. eine konstante Strömungsmenge bis hinunter zu einem Unterdruck von 8 kPa oder anders ausgedrückt im wesentlichen über den gesamten Teillastbereich, während sie unterhalb dieses Wertes absinkt.

Wie bereits erwähnt, kann die Steuerungscharakteristik eines erfindungsgemäßen Steuerventiles durch die entsprechende Wahl der Abmessungen der Ein/elteile des Steuerventiles entsprechend verändert werden. Die S'röiiiUügsmengenkurven 84, 86 und 88 zeigen mögliche Veränderungen im Modulierbereich und Vollastbereich erfindungsgemäßer Steuerventile durch zunehmendes Vergrößern des Außendurchmessers des Ventilkörpers 64 unti des Innendurchmessers der Drosselöffnung 60 in dei Scheibe 58, wobei auch hier über den Teillastbereich durch die Auslegung der Durchgangsbohrung 72 und die hierdurch erzielte Strömung mit Schallgeschwindigkeit konstant gehalten wercler kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Steuerventil für eine Gase aus einem mit etwa Atmosphärendruck beaufschlagten Kurbelgehäuse in das Ansaugrohr führende Kurbelgehäuseentlüftungsleitung an Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem hülsenförmigen Ventilgehäuse, dessen Ventilbohrung einen Ventilsitz aufweist und einen spindelförmigen Ventilkörper axial beweglich aufnimmt, der mit seinem konischen Ende mit dem Ventilsitz eine Ringöffnung bildend zusammenwirkt, eine festgelegte Durchgangsbohrung aufweist und mit seinem flachen Ende über eine Feder gegen einen Anschlag in der Ventilbohrung gehalten wird und durch einwirkenden Unterdruck axial verlagerbar und bei hohem Unterdruck in Anlage an den Ventilsitz bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilkörper (64) belastende Feder (70) derart ausgelegt und die Durchgangsbohrung (72) des Ventiikörpers (64) als eine konvergierende divergierende Düsenbohrung (74,78 und 76) so dimensioniert ist, daß über den gesamten Teiliastbereich eines Verbrennungsmotors, bei Unterdrücken mindestens ab 12 kPa der Ventilkörper (64) am Ventilsitz (52) anliegt und in der Durchgangsbohrung zumindest im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit auftritt.