CN114072570A - 用于内燃机的阀设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的阀设备，其带有：气动操作的促动器(10)；带有入口(22)和出口(24)的壳体(20)；能够以所述促动器(10)运动的阀杆(32)；阀关闭构件(34)，所述阀关闭构件固定在所述阀杆(32)上并且能够降下到第一阀座(36)上并且能够从所述第一阀座(36)升起；止回板(44)，所述止回板被弹簧力朝至少一个第二阀座(42)的方向加载；以及至少一个流通横截面，所述流通横截面以流体方式形成在所述入口(22)和所述出口(24)之间，并且所述流通横截面能够通过所述阀关闭构件(34)和所述止回板(44)被释放和关闭。为保证此阀设备在入口(22)和出口(24)之间的有效的密封，建议在至少一个所述第二阀座(42)上或在所述止回板(44)上形成至少一个密封唇(43)，所述密封唇从所述阀座(42)沿朝向所述止回板(44)的方向延伸，或从所述止回板(44)沿朝向所述阀座(42)的方向延伸，并且所述密封唇(43)以其自由端沿朝向当所述止回板(44)靠放在所述第二阀座(42)上时施加较大压力的那侧的方向倾斜地形成。

Description

用于内燃机的阀设备

技术领域

本发明涉及用于内燃机的阀设备，所述阀设备带有：气动操作的促动器；带有入口和出口的壳体；以促动器可运动的阀杆；阀关闭构件，所述阀关闭构件固定在阀杆上并且能可下降到第一阀座上并且可从第一阀座升起；止回板，所述止回板被弹簧力朝至少第二阀座的方向加载；以及至少一个流通横截面，所述流通横截面以流体方式形成在入口和出口之间，并且所述流通横截面可由阀关闭构件和止回板释放和关闭。

背景技术

此类阀设备用于二次空气系统或内燃机的奥托颗粒过滤器再生单元内。二次空气系统由二次空气泵和二次空气阀组成，并且是一种成熟的系统，以用于降低发动机冷启动时的污染物排放。

汽油发动机的安全冷启动需要浓混合气，即含有过量燃料的燃料空气混合物。刚冷启动后，催化转化器尚未达到工作温度。因此，在冷启动和空燃比(Lambda)控制开始之间形成大量的一氧化碳(CO)和未燃烧的碳氢化合物(HC)。为降低CO和HC的排放，通过空气过滤器后方的二次空气泵抽取富含氧气的环境空气。这种所谓的二次空气被输送通过位于二次空气管道更下游处的二次空气阀，然后直接将所述二次空气吹入到排气门后方的排气歧管内。通过二次空气中的氧将污染物一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)氧化为二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)。放热的再燃烧产生的热能额外地加热催化转化器，并且使其更快地达到工作温度。

二次空气系统的核心部件是二次空气阀，其具有两个功能。作为止回阀，二次空气阀可以防止废气冷凝物和排气系统中的压力峰值进入到二次空气泵内并且损坏二次空气泵。作为截止阀，二次空气阀确保空气仅在希望的时间点到达排气歧管内。

从现有技术已知各种此类气压促动或电磁促动的二次空气阀。例如，DE 10 2016103 549 B3公开了此类阀，其既用作止回阀又用作截止阀。对于阀的两种功能模式，二次空气管道相对于排气管道密封，特别是通过布置在阀内的阀板密封，所述阀板的弹性覆层用作用于止回板和阀关闭元件的阀座。

已知设计的缺点在于，由于阀座的几何形状，可能发生泄漏，泄露例如由排气管道中的压力波动引起。特别地，阀座具有仅轴向对齐的密封唇，止回板可以垂直地安放到所述密封唇上。如果现在存在废气压力波动，则轴向竖立的密封唇可能发生振动，使得至少部分地中断密封唇和止回板之间的接触，并且因此使得二次空气管道和排气管道之间的密封不总是完全地有效。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是实现一种阀设备，所述阀设备即使在排气管道中存在压力波动的情况中也能确保有效密封。总的来说，以此方式可以防止废气回流到二次空气管道中，并且因此防止对二次空气泵造成任何损坏。

此技术问题通过带有主权利要求1的特征的阀设备解决。通过在至少一个第二阀座上或在止回板上形成至少一个密封唇，由于密封唇的更高的柔性而改进了密封唇和止回板之间的密封效果，其中，所述密封唇从阀座朝向止回板的方向延伸，或从止回板朝向阀座的方向延伸，并且所述密封唇以其自由端朝向当止回板靠放在第二阀座上时施加较大的压力的那侧的方向倾斜地形成。密封唇分别对应于当阀设备正常运行期间入口压力施加在其上的相应的那侧而倾斜。止回板用于在压力脉动时防止朝向入口的回流。在此时刻，止回板靠放在阀座上，使得在此时刻在阀的实际出口上的压力大于在入口上的压力。因此，密封唇的自由端朝向此时刻其上存在较大压力的那侧倾斜，即朝向出口倾斜。在此，密封唇的自由端理解为不固定在止回板上或阀座上的端部。这导致所存在的压力差用于提高止回板到阀座上的压紧力，以此提高了密封性。

密封唇优选在内周部和外周部上倾斜地形成。通过此密封唇几何形状，通过利用密封唇内周部和外周部上所存在的压力条件，产生了到止回板上的改进的压紧力，并且因此产生了阀设备的更好的密封。

在一个特别优选的构造中，在密封唇的当止回板靠放在第二阀座上时朝向较大压力的那侧形成底切。带有此底切的密封唇可以通过成型工具中的对应的几何形状容易地制成。此外，通过利用与二次空气的压力相比更大的排气压力，此底切有助于改进密封效果。在给定密封唇几何形状时，较大的排气压力趋向于径向向内压密封唇，并且因此也朝止回板的方向对密封唇轴向加载。沿两个方向的加载导致密封唇被更强地压到止回板上，以此改进了阀的密封性。

可弹性变形的密封唇是特别有利的。弹性支持了密封唇的功能，例如通过确保止回板和密封唇之间更好的接触，并且以此确保阀的总体上的可靠关闭。

密封唇优选由弹性体制成。以此方式实现了弹性构造的上述优点。此外，此塑料允许简单的制造。此外，许多弹性体的特征是相对于热负荷和化学负荷的高耐受性。

在根据本发明的阀设备的有利实施方案中，阀板固定在壳体内。此阀板具有不同的阀座，阀设备的不同部件可以落下到阀座上和并且可以从阀座再次升起，因此通过将阀的入口和阀的出口分离或在入口与出口之间建立连接来实现阀的功能。阀关闭构件可以降下到在第一阀座上并且可以再次从第一阀座升起。此外，止回板可抵靠至少一个具有根据本发明的密封唇的第二阀座地加载，并且可再次从第二阀座升起。

阀设备优选地具有可气动操作的间隔元件。通过间隔元件-所述间隔元件的轴向位置可以通过控制室内的负压被调节-在阀关闭构件靠放在第一阀上时，止回板克服弹簧力从第二阀座上升起。因此确保了止回板不与第二阀座粘合或在低温下不与第二阀座冻结。

在优选的构造中，间隔元件具有膜，所述膜在轴向上限定气动操作的促动器的控制室的边界。间隔元件在其背对控制室的那侧具有至少一个螺栓。通过在控制室中产生负压和恢复大气压力，间隔元件和至少一个销可以沿两个方向轴向运动。

阀板优选地具有至少一个开口，间隔元件的至少一个销突伸入所述开口内，其中所述销可抵着止回板运动。例如，销可以防止止回板由于结冰或粘附废气冷凝物而与阀座粘合。在阀关闭件关闭时，至少一个销突伸穿过阀板的至少一开口，并且在阀座与止回板之间产生轴向间隙。

在本发明的一个特别优选的构造中在阀板内形成多个开口。在此，每个开口对应于用于二次空气的流通横截面，并且开口的每个布置在下游的端部分别对应于阀板内的第二阀座。因为每个第二阀座具有一个密封唇，所以阀板内的开口数量与密封唇的数量相对应。阀板内的每个开口分别被密封唇包围。具有多个开口的优点是可以实现更大的二次空气流量。

在优选的替代实施方案中，第一密封唇形成在开口的径向内部并且径向向内倾斜，而第二密封唇在开口的径向外部形成在阀板内并且径向向外倾斜。因此，可以通过两个密封唇密封任意数量的开口，并且在止回板靠放时仍改进了密封效果。此外，简化了制造。

优选地，至少两个开口在阀板的周部部分上延伸，其中阀板中的开口和间隔元件的销均匀地分布在相应的周部上。例如，开口延伸过大约170°，使得阀板的外周部仅通过沿周部方向延伸过大约10°的两个桥接部与阀板的内周部连接。以此方式提供了尽可能大的流通横截面。在此，阀板中的开口和间隔元件的销均均匀地分布在相应的周部上。多个开口和销的均匀分布的优点是确保了止回板的尽可能轴向平移形式的运动，并且因此防止了止回板的翻倾，并且建立了对于止回板的均匀来流。

在本发明的一个特别优选的构造中，阀板具有两个开口。此外，间隔元件具有三个销，所述销突伸入阀板的开口内。在此，开口优选地沿带有相同的圆半径的假想的圆周部相互间隔180°的角度，所述销相互间隔120°角度。以此布置可以确保止回板的上述尽可能轴向平移形式的运动。

在根据本发明的阀装置的一个特别有利的构造中，第一阀座和至少一个第二阀座形成于其上的阀板至少在朝向止回板的那侧以弹性体包封注塑，并且密封唇与此弹性体形成一体。此弹性体用作阀关闭构件的靠放面，并且由于密封唇与此弹性体的一体式设计而还用于止回板，所述止回板例如可以由聚四氟乙烯制成。弹性体的可变形性和摩擦性能对于阀的可靠关闭非常重要。此外，一体式设计实现了有利的可制造性。

优选地，所有的第二阀座都布置在第一阀座的径向内部。通过此布置，可以使用径向包围止回板和第二阀座并且可以通过阀杆直接由促动器操作的阀关闭构件以与止回板的位置和二次空气流的总压力无关的方式关闭阀。

在阀装置的一个特别优选的实施方案中，除了用于控制气动操作的促动器所需的膜之外，至少一个另外的膜布置在壳体内。此另外的膜在其内周部固定在阀杆上，并且在其外周部被夹紧在阀板和壳体的沿轴向朝阀板的方向延伸的环形突出部之间。另外的膜在此将阀杆引导部的区域相对于废气和空气以及其内被输送的可能的污染物密封，并且因此有助于保持阀的长期功能。

因此实现了一种用于内燃机的阀设备，所述阀设备由于改进的密封唇几何形状而确保了可靠的密封。改进的密封效果在此通过简单的制造来实现，并且使用阀或内燃机中固有的特性，例如存在的压力条件来实现。

附图说明

根据本发明的阀设备的实施例在附图中图示并且在下文中描述。

图1在截面图示中示出根据本发明的阀设备的侧视图。

图2示出带有图1所示的膜和销的间隔元件的透视图。

图3在截面图示中示出图1的根据本发明的阀设备的侧视图的截面。

具体实施方式

根据本发明的阀设备包括带有控制室12的可气动操作的促动器10。在控制室12内可以通过连接接头14例如以真空泵产生负压，所述负压作用到第一膜16上，所述第一膜16根据导入的负压克服第一弹簧18的弹簧力而变形。促动器10由壳体20限定边界，所述壳体20具有用于第一弹簧18的第一靠放面21。同时，阀设备的壳体20形成流动壳体，所述流动壳体具有入口22和出口24。在促动器侧，壳体20通过盖26封闭，其中在盖26和壳体20的环形的边沿28之间第一膜16在其外周部上被夹紧。以此，在盖26和第一膜16之间分离出空间，在所述空间内由于形成在壳体20内的孔29而存在大气压力。第一膜16的内周部注塑到阀杆载体30上，在所述阀杆载体30上固定了阀杆32。此外，第一弹簧18在第一膜16的固定部分33上支撑在阀杆载体30上，使得阀杆32被朝盖26的方向加载。

在阀杆32与促动器10对置的端部上固定有阀关闭构件34，所述阀关闭构件34与形成在阀板38上的第一阀座36配合。阀板38又固定在壳体20内，并且具有用作流通横截面的两个开口40，通过将阀关闭构件34从第一阀座36升起，入口22可通过所述开口40与出口24连接。从阀板38的周向方向观察，这些开口40以大约170°的角度延伸并且均匀地分布在周部上，使得在两侧的开口40之间形成了将阀板38的内部与外部连接的桥接部。

在阀板38上还形成有两个第二阀座42，所述第二阀座42布置在第一阀座36的径向内部并且形成在轴向朝向阀关闭构件34的那侧，所述第二阀座42径向地包围开口40。两个第二阀座42分别具有包围开口40的密封唇43，止回板44可以降下到所述密封唇43上。

替代地，第二阀座42由开口40的径向内部内的第一密封唇43和开口40的径向外部内的第二密封唇43形成。止回板44在两个构造中都支承在阀杆32上，并由第二弹簧46朝第二阀座42的方向加载。此第二弹簧46在其对置的轴向端部上支撑在阀关闭构件34上，并且与止回板44相同地被阀关闭构件34径向包围。

在阀关闭构件34关闭并且因此在促动器10的正常位置中在控制室12内不施加真空时，止回板44对应地被第二弹簧46朝第二阀座42的方向加载。因为在阀处于内燃机的关闭状态中时特别地如此，所以来自废气或冻结的液体的污染物聚积在第二阀座42和止回板44之间，这将影响在随后的冷启动时止回阀的功能。为此，可气动操作的间隔元件48附加地安装在壳体20内，在阀关闭或阀关闭构件34关闭时，所述间隔元件48的轴向端部抵靠止回板44，并且该止回板44从第二阀座42升起，使得在第二阀座42和止回板44之间形成间隙50。

间隔元件48具有销51，所述销51的朝向止回板44的端部形成为凸出的或向外倒圆。销51的倒圆端部确保销51和止回板44之间的接触发生在尽可能小的接触面积上。小的接触面积又降低了与止回板44的可能的粘合或冻结的风险。

间隔元件48由环形载体元件52组成，两个销51从所述环形载体元件52沿止回板44的方向相互对置地延伸通过开口40。例如，也可以形成三个或四个销51，所述销51通常均匀地分布在间隔元件48的周部上。在第一弹簧18的径向内部朝阀关闭构件34的方向限定了控制室12的边界的第二膜56固定在环形载体元件52上。此第二膜56在其外周部上轴向夹紧在壳体20内的第三靠放面58和固定环60之间，其中，固定环60被压入到壳体20的延伸到控制室12内的第一环形突出部62内。在其内周部上，第二膜56轴向地夹紧在内壳体部分64的轴向端部(在所述内壳体部分64内也形成有接收孔66，在所述接收孔66内布置有用于滑动地接收阀杆32的滑动套筒68)和所述滑动套筒68的径向向外伸出的用作固定元件的卡圈70之间。

第三弹簧72布置在控制室12内，其一端支撑在第二膜56或载体元件52上并且在对置端上靠放在阀杆载体30上。此第三弹簧72具有比作用到止回板44上的第二弹簧46更大的弹簧力。这确保在第二膜56被第三弹簧72操作时，止回板44从第二阀座42升起并且不会压到所述第二阀座42上。

第二膜56的布置同时确保无气体或污染物可以侵入到控制室12内，除去沿控制室12和滑动套筒68之间的阀杆32之外。为可靠地防止污染物侵入到控制室12内，第二环形突出部74从内壳体部分64朝阀板38的方向延伸，所述突出部74在阀板38前方近处结束，并且第三膜76的外周部夹紧在所述突出部74的端部和阀板38之间，所述第三膜76的内周部密封地固定在阀杆32上。对应地，阀杆32的引导区域被第二膜56和第三膜76完全密封。

如果在运行期间将二次空气流送入到发动机的排气歧管内，则在控制室12内产生负压。由于负压，第一膜16和第二膜56相互偏转，使得阀关闭构件34从第一阀座36升起并且间隔元件48的销51离开止回板44。在此运行状态中，即在阀关闭构件34打开并且根据压差将止回板44降下到第二阀座42上或从第二阀座42升起时，止回板44承担其作为止回阀的正常功能。如果从此状态开始，通过借助于二次空气泵的二次空气输送使二次空气管道内的压力逐渐升高并且因此使紧邻止回板44上游处的压力逐渐升高，在达到一定值时通过此压力所施加到止回板44上的力高于全部的沿相反方向轴向施加到止回板44上的力，使得止回板44因此从第二阀座42升起。以此，二次空气从入口22流向出口24。

在排气管道内出现压力峰值时，阀设备执行其作为止回阀的功能，使得通过止回板44中断从出口24到入口22的流动，因为在此状态中在出口24上施加了比在入口22上更大的压力。在此状态中，止回板44因此在包围了开口40的密封唇43上靠放到第二阀座42上，使得通过开口40形成的流通横截面被关闭。密封唇43同时具有轴向和径向延伸部，如图3中所示，其中径向延伸部在本申请的意义中理解为部件形成为相对于开口40轴向方向成90°角度离开。这因此意味着密封唇42相对于止回板44的轴向方向倾斜地形成，也就是从开口40离开，并且因此朝向当止回板44靠放在阀座42上时施加较大压力的那侧的方向倾斜，即朝向出口24倾斜。因此，在每个第二阀座42上分别形成从阀板38伸出的带有底切47的唇部几何形状，因为密封唇43随着距开口40的间距的增加而远离所述开口40。

密封唇43的对齐和位置使用所存在的压力梯度进行，以在此状态中增加密封唇43和止回板44之间的密封。这是因为，在阀关闭构件34打开时，当在排气管道内并且因此在底切47处出现压力峰值时，存在比开口40内更大的压力，通过所述更大的压力，密封唇43沿止回板44的方向被弯曲，并且因此与现有技术的带有纯粹轴向伸出的部分的密封唇的情况相比以更大的压紧力压靠止回板44。

如果不再输送空气或如果内燃机关机，则控制室12被通风并且二次空气泵关闭，使得弹簧力确定了阀杆32和间隔元件48的位置。这导致阀关闭构件34抵靠第一阀座36运动，并且关闭此第一阀座36，并且间隔元件48的销51通过第三弹簧72的力压靠止回板44，使得止回板44从第二阀座42移开。因此，出口24处存在的废气和废气中存在的污染物以及发生的冷凝物都不会在止回板44在第二阀座42上的抵靠区域(Anschlagbereich)内积聚，并且例如由于结冰而导致止回板44的卡死。此废气或来自空气的冷凝物也不能到达阀杆引导部的区域内，因为此空间完全地被第三膜76密封。因此，从一开始就与存在的污染物和温度无关地确保了根据本发明的阀设备的正确的功能性。以此，也提高了此类阀的寿命。

因此，通过新型的密封唇几何形状实现了阀设备的紧密的关闭，所述关闭即使在废气脉动时也耐受波动的压力条件。由此，防止了废气回流到二次空气管道内，所述回流在某些情况下可能损坏二次空气泵。

应清楚的是本主权利要求的保护范围不限于所描述的示例性实施例。可构思对阀设备的不同的部分(例如壳体、间隔元件或固定元件)的结构的改变。特别地，也可构思不带有间隔元件的实施例。促动器也可以以不同的方式配备，并且提供与所图示情况不同的压力空气或负压。当然，开口和销的数量和形状也可以改变。密封唇也可以形成在止回板上而非形成在阀板上或阀座上。密封唇的自由端、即未固定的轴向端部应被对应地倾斜地形成。

Claims (16)

1.一种用于内燃机的阀设备，其带有：

气动操作的促动器(10)，

带有入口(22)和出口(24)的壳体(20)，

能够以所述促动器(10)运动的阀杆(32)，

阀关闭构件(34)，所述阀关闭构件固定在所述阀杆(32)上并且能够降下到第一阀座(36)上并且能够从所述第一阀座升起，

止回板(44)，所述止回板被弹簧力朝至少一个第二阀座(42)的方向加载，和

至少一个流通横截面，所述流通横截面以流体方式形成在所述入口(22)和所述出口(24)之间，并且所述流通横截面能够通过所述阀关闭构件(34)和所述止回板(44)被释放和关闭，

其特征在于，

在至少一个所述第二阀座(42)上或在所述止回板(44)上形成至少一个密封唇(43)，所述密封唇从所述阀座(42)沿朝向所述止回板(44)的方向延伸，或从所述止回板(44)沿朝向所述阀座(42)的方向延伸，并且所述密封唇(43)以其自由端沿朝向当所述止回板(44)靠放在所述第二阀座(42)上时施加较大压力的那侧的方向倾斜地形成。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，所述密封唇(43)在内周部上和外周部上倾斜地形成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，在所述密封唇(43)的当所述止回板(44)靠放在所述第二阀座(42)上时朝向较大压力的那侧形成底切(47)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，所述密封唇(43)能够弹性变形。

5.根据权利要求4所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，所述密封唇(43)由弹性体制成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，在所述壳体(20)内固定有阀板(38)，所述阀板(38)具有阀座(36、42)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，所述阀设备具有能够气动操作的间隔元件(48)，当所述阀关闭构件(34)靠放在所述第一阀座(36)上时，所述止回板(44)通过所述间隔元件(48)克服弹簧力从所述第二阀座(42)上升起。

8.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，所述间隔元件(48)具有膜(56)，所述膜在轴向上限定气动操作的所述促动器(10)的控制室(12)的边界并且具有至少一个销(51)，所述销形成在所述膜(56)的背对所述控制室(12)的那侧上。

9.根据权利要求6所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，所述阀板(38)具有至少一个开口(40)，间隔元件(48)的至少一个销(51)突伸入所述开口(40)内，其中，所述销(51)能够抵着所述止回板(44)运动。

10.根据权利要求6所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，在所述阀板(38)内形成多个开口(40)，所述开口(40)分别被一个所述密封唇(43)包围。

11.根据权利要求6所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，第一密封唇(43)形成在所述开口(40)径向内部并且向径向内部倾斜，并且第二密封唇(43)在所述开口(40)径向外部形成在所述阀板(38)内并且向径向外部倾斜。

12.根据权利要求6所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，至少两个开口(40)在所述阀板(38)的周部部分上延伸，其中，所述阀板(38)内的开口(40)和所述间隔元件(48)的销(51)均匀地分布在相应的周部上。

13.根据权利要求9所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，所述阀板具有两个开口(40)并且所述间隔元件(48)具有三个销(51)，其中，所述销(51)突伸入所述阀板(38)的开口(40)内。

14.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，所述第一阀座(36)和所述至少一个第二阀座(42)形成于其上的所述阀板(38)至少在朝向所述止回板(44)的那侧以弹性体包围注塑，并且所述密封唇(43)与此弹性体形成为一体。

15.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，所有第二阀座(42)布置在所述第一阀座(36)的径向内部。

16.根据前述权利要求中任一项所述的用于内燃机的阀设备，其特征在于，至少一个另外的膜(76)布置在所述壳体内，其中，所述另外的膜(76)在其内周部上固定在所述阀杆(32)上并且在其外周部上夹紧在所述阀板(38)和所述壳体(20)的沿轴向朝所述阀板(38)的方向延伸的环形的突出部(74)之间。

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