DE10257570A1

DE10257570A1 - Schwimmerventil für ein Luftfiltergehäuse

Info

Publication number: DE10257570A1
Application number: DE2002157570
Authority: DE
Inventors: Benno Dipl.-Ing. Andreas-Schott
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-06-24

Abstract

Ein Schwimmerventil für ein Luftfiltergehäuse (1) weist einen ersten Ventilsitz (8), einen zweiten Ventilsitz (6) und einen Schwimmerventileinsatz auf. In einem ersten Betriebszustand wird der erste Ventilsitz (8) durch die Wirkung einer magnetischen Halteeinrichtung (9, 19) verschlossen. In einem zweiten Betriebszustand wird der zweite Ventilsitz (6) durch das Zusammenwirken einer Auftriebskammer (16, 11) mit in einer Entwässerungskammer (4) stehendem Wasser (18) verschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwimmerventil für ein Luftfiltergehäuse.

In der DE 197 56 247 A1 ist ein Luftfiltergehäuse offenbart, das gegen die Horizontale geneigt an einem Verbrennungsmotor angebaut werden muss. Dadurch wird gewährleistet, dass in dem Luftfilter eingedrungenes Wasser auf die Außenseite des Luftfiltergehäuses laufen kann und nicht in den Verbrennungsraum des Motors gelangt. Diese Vorrichtung hat sich nicht bewährt, wenn es darum geht, sich Wasser vom Eindringen in den Motorraum abzuhalten. Dabei tritt insbesondere das Problem auf, dass im Bereich des Motorraums vorgesehene Luftmassenmesser durch das eindringende Wasser beeinträchtigt oder sogar ganz zerstört werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ansaugsystem bereitzustellen, bei dem sich ein Luftmassenmesser zuverlässig betreiben lässt.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung sieht eine Gehäusebaugruppe vor, die insbesondere an einem Verbrennungsmotor betrieben werden kann, der einen Luftkanal aufweist. Mit dem Luftkanal steht eine Entwässerungskammer in Verbindung, in der ein erfindungsgemäßes Schwimmerventil angeordnet ist. Das Schwimmerventil hat einen ersten Ventilsitz und einen zweiten Ventilsitz sowie einen Schwimmerventileinsatz. Der Schwimmerventileinsatz gliedert sich in einen Ventilschaft, an dem ein erster Dichtabschnitt und ein zweiter Dichtabschnitt angeordnet ist. Außerdem ist im Bereich des Ventilschafts eine Auftriebskammer vorgesehen. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß im Bereich des ersten Dichtabschnitts ein Haltebauteil zur Erzeugung einer Haltekraft im Schwimmerventileinsatz angeordnet.

Erfindungsgemäß verschließt in einem ersten Betriebszustand der erste Dichtabschnitt den ersten Ventilsitz. In einem zweiten Betriebszustand wird der zweite Dichtabschnitt durch den zweiten Ventilsitz verschlossen.

Das Haltebauteil ist dabei als magnetisch beaufschlagbares Metallteil oder als Dauermagnet ausgebildet, so dass der Schwimmerventileinsatz über das Haltebauteil im Schwimmerventil mit einer Kraft beaufschlagt werden kann. Vorteilhafterweise wird dabei der erste Ventilsitz in einem ersten Betriebszustand durch den ersten Dichtabschnitt verschlossen, und zwar aufgrund der Wirkung der Halteeinrichtung. In einem zweiten Betriebszustand wird der zweite Ventilsitz durch den zweiten Dichtabschnitt verschlossen, und zwar insbesondere durch das Zusammenwirken der Auftriebskammer mit dem in der Entwäs serungskammer stehenden Wasser sowie durch Unterdruck im Luftkanal.

Alternativ dazu oder zusätzlich kann die Dichtfläche des zweiten Dichtabschnitts auch größer als die Dichtfläche des ersten Dichtabschnitts ausgeführt sein. Unter "Dichtfläche" wird hier insbesondere die von der Projektion der Dichtkante in Bewegungsrichtung des Schwimmerventileinsatzes umschlossene Fläche verstanden. Bei dieser Ausgestaltung kann der Luftdruck im Ansaugtrakt im Zusammenhang mit dem Wasser im Luftfiltergehäuse ebenfalls eine erfindungsgemäße Entwässerung bewirken, wenn die Vorrichtung entsprechend angepasst wird.

Erfindungsgemäß ist es möglich, das Haltebauteil am Schwimmerventileinsatz beispielsweise per elektrischer Spule zu beaufschlagen. Dadurch ergibt sich eine zuverlässige Wirkung der erfindungsgemäßen Schwimmerbaugruppe.

Die Entwässerungskammer und der Schwimmerventileinsatz sind dabei vorteilhafterweise so ausgebildet, dass der Schwimmerventileinsatz im wesentlichen sprungartig vom ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand übergeht, so dass eine nichtlineare Weg-Zeit-Kennlinie erreicht wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Schwimmerventileinsatzes und der Gehäusebaugruppe wird sichergestellt, dass der Luftkanal stets nur über vorgesehene Wege mit Luft versorgt wird. Dabei kann trotzdem aus der Entwässerungskammer Wasser auf die Außenseite der Gehäusebaugruppe austreten, wobei dies vorzugsweise durch den zweiten Ventilsitz hindurch nach unten erfolgt. Somit sammelt sich in einem ersten Betriebszustand Wasser in der Entwässerungskammer an, und zwar so lange, bis der Wasserstand in der Entwässerungskammer so hoch ist, dass der Schwimmerventileinsatz aufgrund der Auftriebswirkung der Auftriebskammer vom zweiten Ventilsitz abgehoben wird. Durch den so frei gegebenen Ventilsitz läuft das Wasser aus der Entwässerungskammer auf die Außenseite der Gehäusebaugruppe ab. Aufgrund des sinkenden Wasserspiegels in der Entwässerungskammer löst sich der Schwimmerventileinsatz vom ersten Ventilsitz und geht in den zweiten Betriebszustand zurück, in dem der zweite Ventilsitz durch den zweiten Dichtabschnitt verschlossen ist. Sowohl im ersten Betriebszustand als auch im zweiten Betriebszustand kann keine Fremdluft durch den ersten Ventilsitz bzw. durch den zweiten Ventilsitz in das Innere der Gehäusebaugruppe und in den Luftkanal gelangen. Dadurch wird eine sichere Funktion des Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei sowohl das Zuströmen von Fremdluft als auch das Eindringen von Wasser in den Luftkanal vermieden wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der erste Dichtabschnitt oder der zweite Dichtabschnitt einen Absatzbereich mit einem darauf angeordneten flexiblen Dichtbauteil auf, das insbesondere als O-Ring ausgebildet sein kann. Dadurch lässt sich eine zuverlässige Abdichtung sowohl gegen Fremdlufteintritt als auch gegen unerwünschten Wasseraustritt erreichen.

Schließlich kann es noch vorgesehen sein, den Ventilschaft im Bereich des ersten Dichtabschnitts oder im Bereich des zweiten Dichtabschnitts mit einem sich ü ber dem jeweiligen Dichtabschnitt hinaus erstreckenden Führungsabschnitt auszustatten. Mit einem solchen Führungsabschnitt kann der Schwimmerventileinsatz auf besonders zuverlässige Weise im Schwimmerventil geführt werden, was seine Funktion begünstigt.

Gemäß der Erfindung ist das Schwimmerventil in ein abgeteiltes Volumen des Dämpferfilterunterteils eines Verbrennungsmotors eingebaut. In diesem abgeschlossenen Volumen befindet sich oben eine große Bohrung und unten eine kleine Bohrung. Der Schwimmer des Schwimmerventileinsatzes wird so ausgelegt, dass er vertikal in den Bohrungen beweglich ist und an beiden Enden eine Dichtfläche besitzt. Die Bewegung des Schwimmerventileinsatzes muss sprunghaft erfolgen, so dass es nur zwei mögliche Positionen des Schwimmerventileinsatzes gibt. Um eine solche Sprungfunktion zu realisieren ist unten am Schwimmerventil und am Dämpferfilterunterteil ein Magnetpaar angeordnet. Die Magnetkräfte und die Größe der unteren Dichtfläche werden nun so ausgelegt, dass sich der Schwimmer erst ab einem gewissen Wasserstand von dem Magneten löst und dann sprunghaft gegen die obere Dichtfläche gedrückt wird. Die obere Dichtfläche sollte so groß sein, dass der maximale Unterdruck ca. 80 % des Schwimmergewichts tragen kann, um auch in diese Bewegungsrichtung eine Sprungfunktion zu erhalten.

Bei der Erfindung ergibt sich der Vorteil einer einfachen und sicheren Montage, wobei eine Lösung für alle Motorvarianten und Fahrzeugvarianten möglich ist. Die Erfindung arbeitet unabhängig von der Packagesituation.

Es ist auch denkbar, einen Abluftschlauch mit einem Rückschlagventil am Schlauchende vorzusehen, der sich vom Luftfilterunterteil bis nach unten zu einem Subframe erstreckt, wo er befestigt wird. Die sich bildende Wassersäule wirkt gegen den Unterdruck im Inneren des Luftfiltergehäuses und ermöglicht so den Wasserablauf. Die Verlegung des Schlauches im Fahrzeug ist wegen der Packagesituation sowie aus montagetechnischen Gründen als sehr kritisch zu betrachten. Die erfindungsgemäße Lösung hat dem gegenüber den Vorteil, dass kein Schlauch mehr benötigt wird. Im übrigen ist die erfindungsgemäße Ausbildung unempfindlich gegen Schmutz, was bei dem Rückschlagventil von Nachteil ist. Darüber hinaus wird bei der Erfindung kein Schlauch mehr benötigt. Die Erfindung ist kostenneutral im Hinblick auf das Abführen von Wasser, wobei eine deutliche Reduzierung der Baugröße des Ventils erreicht werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftfiltergehäuse,
2 zeigt einen weiteren Querschnitt durch das Luftfiltergehäuse aus 1 und
3 zeigt ein Wegdiagramm für einen Schwimmerventileinsatz, der im Luftfiltergehäuse gemäß 1 und 2 untergebracht ist.
1 und 2 zeigen Querschnitte durch ein Luftfiltergehäuse 1. Das Luftfiltergehäuse 1 weist einen Grundkörper 2 aus Kunststoff auf, in das ein in dieser Ansicht nicht gezeigtes Filterelement eingesetzt ist. Der Grundkörper 2 ist durch einen in dieser Ansicht ebenfalls nicht gezeigten Gehäusedeckel verschlossen. Der Grundkörper 2 ist auf einen Ansaugtrakt 3 eines in dieser Ansicht nicht gezeigten Verbrennungsmotors aufgesetzt. Dem Ansaugtrakt 3 wird aufgrund der Saugwirkung des Verbrennungsmotors Luft zugeführt, die durch das Filterelement von Schmutz gefiltert ist.
Im Grundkörper 2 ist eine Entwässerungskammer 4 ausgebildet, die obenseitig von einer Prallwand 5 begrenzt wird. In der Prallwand 5 ist ein oberer Ventilsitz 6 als konisch nach oben zulaufendes Durchgangsloch vorgesehen. Die Entwässerungskammer 4 wird nach unten durch einen Entwässerungskammertopf 7 begrenzt, der nach unten hin sich verjüngend zuläuft. An der Unterseite ist der Entwässerungskammertopf 7 mit einem unteren Ventilsitz 8 versehen, der als konisch nach unten zulaufendes Durchgangsloch ausgebildet ist. Um den unteren Ventilsitz 8 herum ist ein ringförmiger Dauermagnet 9 angeordnet. Der untere Ventilsitz 8 hat eine kleinere Dichtfläche als der obere Ventilsitz 6.
Im Inneren der Entwässerungskammer 4 ist ein Schwimmerventileinsatz 10 angeordnet. Der Schwimmerventileinsatz 10 ist als Spritzgussteil ausgebildet, das im Inneren eine wasserdichte Auftriebskammer 11 aufweist. Der Schwimmerventileinsatz ist um eine Symmetrieachse 12 rotationssymmetrisch, wobei an dessen oberen Ende ein erster Führungsabschnitt 13 und an dessen unteren Ende ein zweiter Führungsabschnitt 14 vorgesehen ist. Der erste Führungsabschnitt 13 und der zweite Führungsabschnitt 14 weisen drei voneinander weg weisende Führungsabschnittsflügel 15 auf, mit denen der Schwimmerventileinsatz 10 im oberen Ventilsitz 6 und im unteren Ventilsitz 8 geführt ist. Somit kann der Schwimmerventileinsatz 10 entlang der Symmetrieachse 12 im Inneren der Entwässerungskammer 4 verschoben werden. An der Unterseite der Auftriebskammer 11 ist ein Magnetplättchen 19 vorgesehen.
Der Schwimmerventileinsatz 10 verbreitet sich in seiner oberen Hälfte zu einem Schwimmerabschnitt 16, der an der in 1 oben gelegenen Seite außenseitig einen umlaufenden Dichtringabsatz mit einem darin eingelegten O-Ring 17 aufweist. Der O-Ring 17 ist dabei von seinem Durchmesser her so ausgelegt, dass er den oberen Ventilsitz 6 abdichtet, wenn der Schwimmerventileinsatz 10 in seine obere Einstellung bewegt ist.
In 1 ist ein Wasserstand 18 eingezeichnet, der den momentanen Zustand des Luftfiltergehäuses 1 charakterisiert.
Im Betrieb verhält sich das Luftfiltergehäuse 1 wie folgt. In das Luftfiltergehäuse 1 und in dessen Grundkörper 2 einströmende angesaugte Luft trifft zunächst auf die Prallwand 5 auf, wo sie das in ihr enthaltene Wasser abgibt. Dieses Wasser läuft durch den oberen Ventilsitz 6 hindurch bis in die Entwässerungskammer 4. Aus der Entwässerungskammer 4 kann dieses Wasser nicht abfließen, denn der untere Ventilsitz 8 wird durch die Unterseite des Schwimmerventileinsatzes 10 dicht verschlossen. Dabei wird der Schwimmerventileinsatz 10 durch das Zusammenwirken des Dauermagnets 5 und des Magnetplättchens 19 fest im unteren Ventilsitz 8 gehalten.
Steigt der Wasserstand 18 oberhalb der in 1 mit H'' bezeichnete Grenze an, dann überwindet der vom Schwimmerabschnitt 16 und der Auftriebskammer 11 erzeugte Auftrieb die Kraft zwischen dem Dauermagnet 9 und dem Magnetplättchen 19. Dadurch bewegt sich der Schwimmerventileinsatz 10 nach oben, bis der O-Ring 17 am oberen Ventilsitz 6 anliegt und diesen abdichtet.
In diesem Zustand wird der Schwimmerventileinsatz 10 zusätzlich durch den Unterdruck im oberen Ventilsitz 6 gehalten, der durch den Ansaugtrakt 3 erzeugt wird.
In diesem Zustand beginnt das Wasser aus der Entwässerungskammer 4 nach unten durch den unteren Ventilsitz 8 abzulaufen, und zwar auf die Außenseite des Luftfiltergehäuses 1.
Sobald der Wasserstand 18 unterhalb die Höhe h' gefallen ist, reicht der Unterdruck durch den Ansaugtrakt 3 nicht mehr aus, um den Schwimmerventileinsatz 10 im oberen Ventilsitz 6 zu halten. Der Schwimmerventileinsatz 10 bewegt sich dann nach unten zurück in die in 1 gezeigte Stellung.
3 veranschaulicht diesen Bewegungsablauf des Schwimmerventileinsatzes 10, wobei die untere Stellung gemäß 1 mit "1" bezeichnet ist und wobei die obere Stellung des Schwimmerventileinsatzes 10, in der der O-Ring 17 am oberen Ventilsitz 6 anliegt, mit "2" be zeichnet ist. Diese Zustände sind in der vertikalen Achse aufgetragen. In der horizontalen Achse ist der Wasserstand 18 aufgetragen. Das Diagramm in 3 veranschaulicht die Abhängigkeit der Betriebszustände des Schwimmerventileinsatzes 10 in Abhängigkeit des Wasserstands 18.
In einem weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Erfindung ohne Einsatz eines besonderen Haltebauteils zur Erzeugung einer Haltekraft auf den Schwimmereinsatz angewendet. Dieses Ausführungsbeispiel stimmt mit dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nahezu identisch überein. Lediglich das Magnetplättchen 19 und der Dauermagnet 9 sind weggelassen. Das Halten des Schwimmereinsatzes 10 am oberen Ventilsitz 6 erfolgt aufgrund von Unterdruck im Ansaugtrakt 3 und aufgrund des Auftriebs der Auftriebskammer 11 und des Schwimmerabschnitts 16. Der Schwimmereinsatz 10 sinkt bei Abwesenheit von Unterdruck im Ansaugtrakt 10 aufgrund seines Eigengewichts nach unten und verschließt den unteren Ventilsitz 8. Die Abstimmung der Funktion bei dieser Ausgestaltung erfolgt durch Variation des Abstandes der Ventilsitze sowie des Schwimmereinsatzes 10 hinsichtlich Gewicht, Form, Volumen und Größe der Druckflächen in den Ventilsitzen.

Claims

Schwimmerventileinsatz (10) insbesondere für ein Luftfiltergehäuse (1), das die folgenden Merkmale aufweist: – einen Ventilschaft (12), – einen an einem ersten Ende des Ventilschafts (12) angeordneten ersten Dichtabschnitt, – einen an dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende angeordneten zweiten Dichtabschnitt (17), – im Bereich des Ventilschafts (12) ist eine Auftriebskammer (11) angeordnet, – im Bereich des ersten Dichtabschnitts ist ein Haltebauteil (19) zur Erzeugung einer Haltekraft auf den Schwimmerventileinsatz (10) angeordnet.
Schwimmerventileinsatz (10) insbesondere für ein Luftfiltergehäuse (1), das die folgenden Merkmale aufweist: – einen Ventilschaft (12), – einen an einem ersten Ende des Ventilschafts(12) angeordneten ersten Dichtabschnitt, – einen an dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende angeordneten zweiten Dichtabschnitt (17), – im Bereich des Ventilschafts ist eine Auftriebskammer (11) angeordnet, – die Dichtfläche des zweiten Dichtabschnitts (17) ist größer als die Dichtfläche des ersten Dichtabschnitts.
Schwimmerventileinsatz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltebauteil als magnetisch beaufschlagbares Metallteil oder als Dauermagnet (9) ausgebildet ist.
Schwimmerventileinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dichtabschnitt und/oder der zweite Dichtabschnitt einen Absatzbereich mit einem darauf angeordneten flexiblen Dichtbauteil (17) aufweist.
Schwimmerventileinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft im Bereich des ersten Dichtabschnitts und/oder im Bereich des zweiten Dichtabschnitts (17) einen sich über den jeweiligen Dichtabschnitt hinaus erstreckenden Führungsabschnitt (13; 14) aufweist.
Schwimmerventil, das die folgenden Merkmale aufweist: – einen erster Ventilsitz (8), – einen zweiten Ventilsitz (6), – einen Schwimmerventileinsatz (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Dichtabschnitt im Bereich des ersten Ventilsitzes (8) angeordnet ist und wobei der zweite Dichtabschnitt (17) im Bereich des zweiten Ventilsitzes (6) angeordnet ist, – das Haltebauteil (19) des Schwimmerventileinsatzes ist Bestandteil einer magnetischen Halteeinrichtung (9, 19).
Gehäusebaugruppe (1) insbesondere für einen Verbrennungsmotor mit einem Luftkanal (3) und mit einer mit dem Luftkanal (3) in Verbindung stehenden Entwässerungskammer (4), in der ein Schwimmerventil nach Anspruch 5 so angeordnet ist, daß in einem ersten Betriebszustand ("1") der erste Dichtabschnitt den ersten Ventilsitz (8) verschließt und daß in einem zweiten Betriebszustand der zweite Dichtabschnitt (17) den zweiten Ventilsitz (6) verschließt.
Gehäusebaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Entwässerungskammer (4) und Schwimmerventileinsatz (10) so ausgebildet sind, daß im ersten Betriebszustand ("1") der erste Dichtabschnitt den ersten Ventilsitz (8) durch die Wirkung der Halteeinrichtung (9, 19) verschließt und daß im zweiten Betriebszustand der zweite Dichtabschnitt (17) den zweiten Ventilsitz (6) durch das Zusammenwirken der Auftriebskammer (16, 11) mit in der Entwässerungskammer (4) stehendem Wasser (18) verschließt.
Gehäusebaugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Entwässerungskammer (4) und Schwimmerventileinsatz (10) so ausgebildet sind, der Schwimmerventileinsatz (10) im wesentlichen sprungartig vom ersten Betriebszustand ("1") in den zweiten Betriebszustand und zurück übergeht.