DE102020116955B3 - Air supply control valve for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Es sind Luftzufuhrregelventil für einen Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse (12), welches einen Einlass (20) und einen Auslass (22) aufweist, einem Ventilschließglied (28), welches an einer Ventilstange (30) angeordnet ist und mit einem Ventilsitz (26) einen Durchströmungsquerschnitt (24) zwischen dem Einlass (20) und dem Auslass (22) begrenzt, wobei das Ventilschließglied (28) zumindest zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung verstellbar ist, einem pneumatisch betätigten Aktor (40) zur Verstellung des Ventilschließglieds (28), wobei der pneumatisch betätigte Aktor (40) eine Membran (42) aufweist, welche über eine Übertragungsvorrichtung (60) mit der Ventilstange (30) wirkverbunden ist und sich während einer Verstellbewegung des Ventilschließglieds (38) relativ zur Ventilstange (30) bewegt, wobei die Membran (42) durch eine von einem Einlassdruck abhängige Kraft belastet ist, bekannt.Um ein zuverlässiges Öffnen des Luftzufuhrregelventils, auch bei einem niedrigen Einlassdruck, zu gewährleistet sowie die Herstellungs- und Montagekosten zu reduzieren, wird vorgeschlagen, dass bei der Verstellung des Ventilschließglieds (28) in Öffnungsrichtung die von dem Einlassdruck abhängige Kraft entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds (28) auf die Membran (42) wirkt.There are air supply control valves for an internal combustion engine, with a housing (12) which has an inlet (20) and an outlet (22), a valve closing member (28) which is arranged on a valve rod (30) and with a valve seat (26) a flow cross-section (24) between the inlet (20) and the outlet (22), the valve closing member (28) being adjustable at least between a closed position and an open position, a pneumatically operated actuator (40) for adjusting the valve closing member (28), wherein the pneumatically operated actuator (40) has a membrane (42) which is operatively connected to the valve rod (30) via a transmission device (60) and moves relative to the valve rod (30) during an adjustment movement of the valve closing member (38), wherein the Diaphragm (42) is loaded by a force dependent on an inlet pressure, known. To reliably open the air supply control valve, even at a low inlet It is proposed that when the valve closing element (28) is adjusted in the opening direction, the force dependent on the inlet pressure acts opposite to the opening direction of the valve closing element (28) on the membrane (42).

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftzufuhrregelventil für einen Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse, welches einen Einlass und einen Auslass aufweist, einem Ventilschließglied, welches an einer Ventilstange angeordnet ist und mit einem Ventilsitz einen Durchströmungsquerschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass begrenzt, wobei das Ventilschließglied zumindest zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung verstellbar ist, einem pneumatisch betätigten Aktor zur Verstellung des Ventilschließglieds, wobei der pneumatisch betätigte Aktor eine Membran aufweist, welche über eine Übertragungsvorrichtung mit der Ventilstange wirkverbunden ist und sich während einer Verstellbewegung des Ventilschließglieds relativ zur Ventilstange bewegt, wobei die Membran durch eine von einem Einlassdruck abhängige Kraft belastet ist.The invention relates to an air supply control valve for an internal combustion engine, with a housing which has an inlet and an outlet, a valve closing member which is arranged on a valve rod and with a valve seat delimits a flow cross section between the inlet and the outlet, the valve closing member at least between one Closed position and an open position is adjustable, a pneumatically operated actuator for adjusting the valve closing member, wherein the pneumatically operated actuator has a membrane which is operatively connected to the valve rod via a transmission device and moves during an adjustment movement of the valve closing member relative to the valve rod, the membrane through a force dependent on an inlet pressure is loaded.

Derartige Luftzufuhrregelventile werden üblicherweise in Luftzufuhrregelsystemen zur Sekundärlufteinblasung in den Abgastrakt eines Verbrennungsmotors genutzt, wobei durch die Sekundärlufteinblasung der Schadstoff während der Kaltstartphase reduziert werden kann. Dabei wird Sekundärluft dem fetten Gemisch, welches beim Kaltstart erforderlich ist, im Abgasstrang vor dem Katalysator zugeführt, wodurch eine Nachverbrennung stattfindet, welche neben der Reduzierung von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen auch zu einer schnelleren Aufheizung des Katalysators durch die entstehende Wärme führt.Such air supply control valves are usually used in air supply control systems to inject secondary air into the exhaust gas tract of an internal combustion engine, with the secondary air injection making it possible to reduce the pollutant during the cold start phase. Secondary air is added to the rich mixture, which is required for a cold start, in the exhaust system upstream of the catalytic converter, whereby post-combustion takes place, which, in addition to reducing carbon monoxide and unburned hydrocarbons, also leads to faster heating of the catalytic converter due to the heat generated.

Ein derartiges Luftzufuhrregelventil ist beispielsweise aus der DE 199 18 470 A1 und der DE 692 01 194 T2 bekannt. Das in der DE 199 18 470 A1 offenbarte Luftzufuhrregelventil weist ein Gehäuse auf, welches einen Strömungskanal mit einem Einlass und einem Auslass aufweist. Der Einlass ist mit einem Pumpe fluidisch verbunden und ist über einen regelbaren Durchströmungsquerschnitt fluidisch mit dem Auslass verbindbar oder von dem Auslass absperrbar. Der Durchströmungsquerschnitt ist durch einen Ventilsitz und ein Ventilschließglied begrenzt. Das Ventilschließglied ist an einem ersten Axialende einer Ventilstange befestigt, wobei an einem zweiten Axialende der Ventilstange eine Membran befestigt ist. Die Ventilstange ist abschnittsweise von einer Rückstellfeder radial umgeben, wobei die Rückstellfeder die Ventilstange, die Membran und das Ventilschließglied in Schließrichtung des Ventilschließglieds belastet. An die Membran grenzt eine Kammer an, welche dauerhaft mit dem Einlass verbunden ist, wobei der in der Kammer herrschende Druck die Membran in Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds belastet. Sobald der in der Kammer und im Einlass vorliegende Einlassdruck und dadurch die durch den Einlassdruck verursachte Kraft auf die Membran die Federkraft der Rückstellfeder übersteigt, bewegen sich die Membran, die Ventilstange und das Ventilschließglied ausgehend von der Schließstellung in Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds und der Durchströmungsquerschnitt wird geöffnet.Such an air supply control valve is, for example, from DE 199 18 470 A1 and the DE 692 01 194 T2 known. That in the DE 199 18 470 A1 disclosed air supply control valve has a housing which has a flow channel with an inlet and an outlet. The inlet is fluidically connected to a pump and can be fluidically connected to the outlet or shut off from the outlet via a controllable flow cross-section. The flow cross-section is limited by a valve seat and a valve closing element. The valve closing member is attached to a first axial end of a valve rod, a membrane being attached to a second axial end of the valve rod. The valve rod is radially surrounded in sections by a restoring spring, the restoring spring loading the valve rod, the membrane and the valve closing element in the closing direction of the valve closing element. A chamber adjoins the membrane and is permanently connected to the inlet, the pressure prevailing in the chamber loading the membrane in the opening direction of the valve closing member. As soon as the inlet pressure in the chamber and in the inlet and thereby the force on the membrane caused by the inlet pressure exceeds the spring force of the return spring, the membrane, the valve rod and the valve closing element move from the closed position in the opening direction of the valve closing element and the flow cross-section is opened .

Um die durch den Einlassdruck verursachte Öffnungskraft zum Verstellen des Ventilschließglieds in Öffnungsrichtung zu erhöhen und damit ein zuverlässiges Öffnen des Luftzufuhrregelventils zu gewährleisten, offenbart beispielsweise die AT 16 539 U1 ein Luftzufuhrregelventil, bei welchem die Membran über eine Übertragungsvorrichtung, insbesondere eine Hebelvorrichtung, mit der Ventilstange verbunden ist. Durch die Übertragungsvorrichtung wird die durch den Einlassdruck verursachte und auf die Membran wirkende Kraft in eine höhere, auf die Ventilstange wirkende Öffnungskraft umgewandelt.In order to increase the opening force caused by the inlet pressure for adjusting the valve closing member in the opening direction and thus to ensure reliable opening of the air supply control valve, discloses, for example, the AT 16 539 U1 an air supply control valve in which the membrane is connected to the valve rod via a transmission device, in particular a lever device. The transmission device converts the force caused by the inlet pressure and acting on the diaphragm into a higher opening force acting on the valve rod.

Nachteilhaft an derartigen Luftzufuhrregelventil ist, dass die für die Verstellung des Ventilschließglied erforderliche Kammer an der dem Einlass abgewandten Seite der Membran angeordnet ist, damit beim Öffnen des Luftzufuhrregelventils die Membran in Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds belastet wird und sich gemeinsam mit der Ventilstange und dem Ventilschließglied in Öffnungsrichtung bewegt. Dies führt zu einer aufwendigen und kostenintensiven Verbindung zwischen dem Einlass und der Kammer, da der Druckraum über zusätzliche Rohre oder im Gehäuse vorgesehene Luftkanäle mit dem Einlass verbunden werden muss.A disadvantage of such an air supply control valve is that the chamber required for adjusting the valve closing element is arranged on the side of the membrane facing away from the inlet, so that when the air supply control valve is opened, the membrane is loaded in the opening direction of the valve closing element and moves together with the valve rod and the valve closing element in the opening direction emotional. This leads to a complex and costly connection between the inlet and the chamber, since the pressure space has to be connected to the inlet via additional pipes or air ducts provided in the housing.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Luftzufuhrregelventil zu schaffen, welches ein zuverlässiges Öffnen des Luftzufuhrregelventils, auch bei einem niedrigen Einlassdruck, gewährleistet sowie einfach und kostengünstig ausgeführt ist.The object is therefore to create an air supply control valve which ensures reliable opening of the air supply control valve, even at a low inlet pressure, and which is simple and inexpensive.

Diese Aufgabe wird durch ein Luftzufuhrregelventil für eine Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an air supply control valve for an internal combustion engine with the features of main claim 1.

Dadurch, dass bei einer Verstellung des Ventilschließglieds in Öffnungsrichtung die von dem Einlassdruck abhängige Kraft entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds auf die Membran wirkt, wird der Bauraum und der Herstellungs- und Montageaufwand des Luftzufuhrregelventils reduziert. Dabei ist die Membran im Bereich des Einlasses angeordnet und der Einlassdruck wirkt auf die dem Einlass zugewandte Seite der Membran, wodurch die Membran beim Öffnen des Durchströmungsquerschnitts des Luftzufuhrregelventils eine Bewegung entgegen der Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds ausführt. Die entgegen der Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds vorliegende Verlagerung der Membran wird durch die Übertragungsvorrichtung in eine Bewegung der Ventilstange und des Ventilschließglieds in Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds umgewandelt.Because when the valve closing member is adjusted in the opening direction, the force dependent on the inlet pressure acts on the membrane in the opposite direction to the opening direction of the valve closing member, the installation space and the manufacturing and assembly costs of the air supply control valve are reduced. The membrane is arranged in the area of the inlet and the inlet pressure acts on the side of the membrane facing the inlet, whereby the membrane executes a movement against the opening direction of the valve closing member when the flow cross section of the air supply control valve opens. The displacement of the membrane against the opening direction of the valve closing member is converted into a movement of the valve rod and by the transmission device of the valve closing member converted in the opening direction of the valve closing member.

Die Übertragungsvorrichtung dient außerdem der Erhöhung der auf die Ventilstange wirkenden Kraft in Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds während eines Öffnungsvorgangs des Luftzufuhrregelventils, wodurch das Luftzufuhrregelventil auch bei niedrigen Einlassdrücken geöffnet werden kann.The transmission device also serves to increase the force acting on the valve rod in the opening direction of the valve closing element during an opening process of the air supply control valve, as a result of which the air supply control valve can be opened even at low inlet pressures.

Durch eine derartige Ausgestaltung des Luftzufuhrregelventils entfällt eine aufwendige und kostenintensive Umlenkung der Einlassluft auf die dem Einlass abgewandte Seite der Membran, welche üblicherweise erforderlich ist, um die Membran durch den Einlassdruck in Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds zu belasten.Such a configuration of the air supply control valve eliminates the need for a complex and costly deflection of the inlet air to the side of the membrane facing away from the inlet, which is usually required to load the membrane through the inlet pressure in the opening direction of the valve closing member.

Vorzugsweise weist die Membran eine Durchgangsöffnung auf, durch welche sich die Ventilstange erstreckt, wobei an dem die Membran durchragenden Ende der Ventilstange die Übertragungsvorrichtung angreift. Dadurch kann die Übertragungsvorrichtung bauraumsparend in dem Gehäuse angeordnet werden und damit der Bauraum des Luftzufuhrregelventils reduziert werden.The membrane preferably has a through opening through which the valve rod extends, the transmission device engaging the end of the valve rod protruding through the membrane. As a result, the transmission device can be arranged in the housing in a space-saving manner and thus the space for the air supply control valve can be reduced.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an der Membran eine flexible Dichtmanschette angeordnet, welche fluiddicht an der Ventilstange und an der Membran befestigt ist. Durch die Dichtmanschette kann der Spalt zwischen der Innenfläche der Durchgangsöffnung und der Membran zuverlässig abgedichtet werden und dadurch die Funktionalität des Luftzufuhrregelventils gewährleistet werden.In a preferred embodiment, a flexible sealing sleeve is arranged on the membrane, which is fastened in a fluid-tight manner to the valve rod and to the membrane. The gap between the inner surface of the passage opening and the membrane can be reliably sealed by the sealing collar, thereby ensuring the functionality of the air supply control valve.

Vorzugsweise ist die Dichtmanschette an die Dichtmembran angespritzt, wodurch die Montagekosten des Luftzufuhrregelventils reduziert werden können.The sealing collar is preferably injection molded onto the sealing membrane, as a result of which the assembly costs of the air supply control valve can be reduced.

Vorzugsweise weist die Übertragungsvorrichtung mindestens einen Hebel auf, welcher über einen Lagerabschnitt drehbar an der Ventilstange gelagert ist und über einen Abstützabschnitt sich an der Membran abstützt, wobei der Hebel axial zwischen dem Lagerabschnitt und dem Abstützabschnitt wippenartig am Gehäuse gelagert ist. Durch eine derartige wippenartige Übertragungsvorrichtung kann durch eine Veränderung des Abstandes zwischen dem Abstützabschnitt und der Hebellagerung am Gehäuse und durch eine Veränderung des Abstandes zwischen dem Lageabschnitt und der Hebellagerung am Gehäuse eine Kraftübersetzung bedarfsgerecht eingestellt werden.The transmission device preferably has at least one lever which is rotatably mounted on the valve rod via a bearing section and is supported on the membrane via a support section, the lever being mounted axially between the bearing section and the support section on the housing like a rocker. By means of such a rocker-like transmission device, a force transmission can be adjusted as required by changing the distance between the support section and the lever mounting on the housing and by changing the distance between the bearing section and the lever mounting on the housing.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an dem Abstützabschnitt des Hebels eine drehbar gelagerte Rolle angeordnet. Bei der Verstellung der Membran teilt sich die Bewegung des Abstützabschnitts des Hebels in eine Translationsbewegung senkrecht zur Membranoberfläche und in eine Translationsbewegung längs zur Membranoberfläche auf. Die Translationsbewegung längs zur Membranoberfläche führt zu einer Reibung zwischen der Membranoberfläche und dem an der Membranoberfläche anliegenden Abstützabschnitt des Hebels, wodurch der Verschleiß des Hebels erhöht wird. Durch die Rolle werden die Reibung und damit der Verschleiß reduziert.In a preferred embodiment, a rotatably mounted roller is arranged on the support section of the lever. When the membrane is adjusted, the movement of the support section of the lever is divided into a translational movement perpendicular to the membrane surface and a translational movement along the membrane surface. The translational movement along the membrane surface leads to friction between the membrane surface and the support section of the lever resting against the membrane surface, as a result of which the wear of the lever is increased. The roller reduces friction and thus wear.

Vorzugsweise stütz sich der Hebel an einem am Gehäuse vorgesehenen Vorsprung wippenartig ab, wodurch die Übertragungsvorrichtung einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann. Der Hebel ist durch das Abstützten an der Membran und die Lagerung an der Ventilstange derart in seiner Position definiert, dass lediglich ein Vorsprung ausreichend ist, um eine wippenartige Bewegung des Hebels zu erzielen.The lever is preferably supported in a rocker-like manner on a projection provided on the housing, as a result of which the transmission device can be designed simply and inexpensively. The position of the lever is defined by the support on the membrane and the mounting on the valve rod in such a way that only one projection is sufficient to achieve a rocker-like movement of the lever.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Abstand zwischen dem Lagerabschnitt des Hebels und der wippenartigen Hebellagerung des Hebels am Gehäuse kleiner als der Abstand zwischen dem Abstützabschnitt des Hebels und der wippenartigen Hebellagerung des Hebels am Gehäuse. Dadurch wird erzielt, dass die auf die Ventilstange einwirkende Kraft höher als die von der Membran ausgehende Kraft ist. Durch die Erhöhung der Kraft wird ein zuverlässiges Öffnen des Luftzufuhrregelventils gewährleistet.In a preferred embodiment, the distance between the bearing section of the lever and the rocker-like lever mounting of the lever on the housing is smaller than the distance between the support section of the lever and the rocker-like lever mounting of the lever on the housing. This ensures that the force acting on the valve rod is higher than the force emanating from the membrane. Reliable opening of the air supply control valve is ensured by increasing the force.

Vorzugsweise ist eine Rückstellfeder vorgesehen, welche das Ventilschließglied in Schließrichtung belastet. Dadurch wird das Ventilschließglied auf eine einfache und kostengünstige Weise in seiner Schließstellung gehalten.A return spring is preferably provided which loads the valve closing member in the closing direction. As a result, the valve closing member is held in its closed position in a simple and inexpensive manner.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Membran durch mindestens ein Federelement entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds belastet. Dadurch wird gewährleistet, dass die Membran in jedem Zustand mit der Übertragungsvorrichtung gekoppelt ist. Vorzugsweise ist die Federkraft des Federelements geringer als die Federkraft der Rückstellfeder, wodurch ein unerwünschtes Öffnen des Durchströmungsquerschnitts durch das Federelement zuverlässig verhindert wird.In a preferred embodiment, the membrane is loaded by at least one spring element opposite to the opening direction of the valve closing member. This ensures that the membrane is coupled to the transmission device in every state. The spring force of the spring element is preferably less than the spring force of the restoring spring, as a result of which an undesired opening of the flow cross-section through the spring element is reliably prevented.

Vorzugsweise weist das Ventilschließglied eine durch ein Federelement vorgespannte Rückschlagplatte aufweist, wobei die federvorgespannten Rückschlagplatte über mindestens ein an der Membran vorgesehenes Distanzelement belastbar ist. Dabei wird die Rückschlagplatte von ihrer am Gehäusegrundkörper vorgesehenen Dichtfläche weggedrückt und dadurch im geschlossenen Zustand des Luftzufuhrregelventils ein Verkleben der Rückschlagplatte mit ihrer Dichtfläche verhindert. Im geöffneten Zustand des Luftzufuhrregelventils ist das Distanzelement von der Rückschlagplatte beabstandet und belasten die Rückschlagplatte nicht.The valve closing member preferably has a non-return plate prestressed by a spring element, the spring-prestressed non-return plate being loadable via at least one spacer element provided on the membrane. In the process, the non-return plate is pressed away from its sealing surface provided on the housing base body, and this prevents the non-return plate from sticking to its sealing surface in the closed state of the air supply control valve. In the open In the state of the air supply control valve, the spacer element is at a distance from the non-return plate and does not load the non-return plate.

Es wird ein Luftzufuhrregelventil für einen Verbrennungsmotor geschaffen, welches ein zuverlässiges Öffnen des Luftzufuhrregelventils, auch bei einem niedrigen Einlassdruck, gewährleistet, wobei die Luftzufuhrvorrichtung einen kleinen Bauraum aufweist und einfach und kostengünstig ausgeführt ist.An air supply control valve for an internal combustion engine is created which ensures reliable opening of the air supply control valve, even at a low inlet pressure, the air supply device having a small installation space and being simple and inexpensive.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Luftzufuhrregelventils ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.An embodiment of an air supply control valve according to the invention is shown in the figure and is described below.

Figur zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Luftzufu h rregelventils.Figure shows a sectional view of an air supply control valve according to the invention.

Die Figur zeigt ein Luftzufuhrregelventil 10 in einer Schnittdarstellung. Das Luftzufuhrregelventil 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einem Gehäusegrundkörper 14 und einem Gehäusedeckel 16, wobei der Gehäusedeckel 16 am Gehäusegrundkörper 14 befestigt ist. Das Gehäuse 12 begrenzt einen Strömungskanal 18, welcher einen Einlass 20 mit einem Auslass 22 fluidisch verbindet. Der Einlass 20 ist mit einer in der Figur nicht gezeigten Sekundärluftleitung und der Auslass 22 ist mit einem ebenfalls in der Figur nicht gezeigten Abgastrakt eines Kraftfahrzeuges fluidisch verbunden. Im Strömungskanal 18 ist ein Durchströmungsquerschnitt 24 vorgesehen, welcher durch einen am Gehäusegrundkörper 14 angeordneten Ventilsitzt 26 und ein Ventilschließglied 28 begrenzt ist. Das Ventilschließglied 28 ist an einer Ventilstange 30 befestigt.The figure shows an air supply control valve 10 in a sectional view. The air supply control valve 10 includes a housing 12th with a housing body 14th and a housing cover 16 , with the housing cover 16 on the housing body 14th is attached. The case 12th delimits a flow channel 18th , which has an inlet 20th with an outlet 22nd fluidically connects. The inlet 20th is with a secondary air line not shown in the figure and the outlet 22nd is fluidically connected to an exhaust tract of a motor vehicle, also not shown in the figure. In the flow channel 18th is a flow cross-section 24 provided, which by one on the housing body 14th arranged valve seat 26th and a valve closing member 28 is limited. The valve closing member 28 is on a valve stem 30th attached.

Zwischen der Ventilstange 30 und dem Gehäusegrundkörper 14 ist eine Rückstellfeder 32 angeordnet, welche die Ventilstange 30 radial umgibt. Die Rückstellfeder 32 stützt sich endseitig an einer Innenfläche 34 des Gehäusegrundkörpers 14 und an einem Radialvorsprung 36 ab und belastet die Ventilstange 30 axial. Die Rückstellfeder 32 ist als Schraubenfeder, insbesondere als Druckfeder, ausgeführt und belastet die Ventilstange 30 und das Ventilschließglied 28 in Schließrichtung, so dass die Rückstellfeder 32 bewirkt, dass das Ventilschließglied 28 auf den Ventilsitz 26 gepresst wird und dadurch der Durchströmungsquerschnitt 24 geschlossen wird bzw. der Einlass 20 fluidisch vom Auslass 22 getrennt wird.Between the valve stem 30th and the housing body 14th is a return spring 32 arranged which the valve rod 30th surrounds radially. The return spring 32 is supported at the end on an inner surface 34 of the housing body 14th and on a radial projection 36 and loads the valve rod 30th axial. The return spring 32 is designed as a helical spring, in particular a compression spring, and loads the valve rod 30th and the valve closing member 28 in the closing direction so that the return spring 32 causes the valve closure member 28 on the valve seat 26th is pressed and thereby the flow cross-section 24 is closed or the inlet 20th fluidically from the outlet 22nd is separated.

Die Verstellung des Ventilschließglieds 28 und der Ventilstange 30 erfolgt durch einen pneumatisch betätigten Aktor 40. Der pneumatisch betätigte Aktor 40 umfasst eine Membran 42. Die Membran 42 weist ein relativ starres Mittenelement 44 und ein dünnes, flexibles Randelement 47 auf, wobei die Membran 42 mit dem Randelement 47 zwischen dem Gehäusegrundkörper 14 und dem Gehäusedeckel 16 luftdicht eingeklemmt ist und auf diese Weise den Strömungskanal 18 bzw. der dem Einlass 20 zugeordneten Abschnitt des Strömungskanals 18 von einem an der dem Strömungskanal 18 abgewandten Seite der Membran 42 angeordneten Raum 46 abtrennt. Der Raum 46 ist durch ein Schaltventil 41 mit der Außenumgebung oder mit dem Einlass 20 verbindbar, wodurch im Raum 46 entweder Atmosphärendruck oder der Einlassdruck herrscht.The adjustment of the valve closure member 28 and the valve stem 30th takes place by a pneumatically operated actuator 40 . The pneumatically operated actuator 40 includes a membrane 42 . The membrane 42 has a relatively rigid central element 44 and a thin, flexible edge element 47 on, with the membrane 42 with the edge element 47 between the housing body 14th and the housing cover 16 Is clamped airtight and in this way the flow channel 18th or the inlet 20th associated section of the flow channel 18th from one to the the flow channel 18th facing away from the membrane 42 arranged space 46 separates. The space 46 is through a switching valve 41 with the outside environment or with the inlet 20th connectable, making in the room 46 either atmospheric pressure or inlet pressure prevails.

Die Membran 42 weist im Mittenelement 44 eine Durchgangsöffnung 48 auf, durch welche sich die Ventilstange 30 erstreckt und mit einem Endabschnitt 50 in den durch das Gehäuse 12 und die Membran 42 begrenzten Raum 46 hineinragt. Ein Spalt 51 zwischen einer Umfangsfläche 52 der Ventilstange 30 und einer Umfangsfläche 54 der Durchgangsöffnung 48 wird durch eine Dichtmanschette 56 luftdicht abgedichtet. Die Dichtmanschette 56 ist aus einem Elastomer hergestellt und an die Membran 42 angespritzt, wobei die Dichtmanschette 56 eine Öffnung 58 für die Ventilstange 30 aufweist und die Ventilstange 30 fluiddicht mit der Dichtmanschette 56 verbunden ist.The membrane 42 points in the middle element 44 a through opening 48 through which the valve rod 30th extends and having an end portion 50 in the through the housing 12th and the membrane 42 limited space 46 protrudes. A gap 51 between a peripheral surface 52 the valve stem 30th and a peripheral surface 54 the passage opening 48 is through a sealing sleeve 56 sealed airtight. The sealing sleeve 56 is made of an elastomer and attached to the membrane 42 molded on, with the sealing collar 56 an opening 58 for the valve rod 30th has and the valve rod 30th fluid-tight with the sealing sleeve 56 connected is.

Die kraftübertragende Verbindung zwischen der Membran 42 und der Ventilstange 30 erfolgt über eine Übertragungsvorrichtung 60 des pneumatisch betätigten Aktors 40. Die Übertragungsvorrichtung 60 umfasst zwei Hebel 62, 64, welche jeweils mit einem an einem Axialende angeordneten Lagerabschnitt 66, 67 an der Ventilstange 30 drehbar gelagert sind, wobei die Drehachse 70 senkrecht zur Längsachse 72 der Ventilstange 30 ausgerichtet ist. Die Hebel 62, 64 stützen sich mit einem an einem zweiten Axialende angeordnete Abstützabschnitt 68, 69 an der Membran 42 ab. Zur Reduzierung der Reibung zwischen dem jeweiligen Hebel 62, 64 und der Membran 42 sind am Abstützabschnitt 68, 69 jeweils eine Rolle 74, 75 angeordnet, welche drehbar gelagert sind. Die Membran 42 kann über mindestens ein in der Figur nicht gezeigtes Federelement in Richtung der Hebel 62, 64 axial belastet sein, wodurch die Membran 42 dauerhaft an den Rollen 74, 75 der Hebel 62, 64 anliegt. Weiterhin sind die Hebel 62, 64 über eine zwischen dem Abstützabschnitt 68, 69 und dem Lagerabschnitt 66, 67 angeordnete Hebellagerung 63, 65 am Gehäusedeckel 16 wippenartig gelagert, wobei die Hebellagerungen 63, 65 durch jeweils ein am Gehäusedeckel 16 vorgesehenen Vorsprung 76, 77 ausgeführt sind.The force-transmitting connection between the membrane 42 and the valve stem 30th takes place via a transmission device 60 of the pneumatically operated actuator 40 . The transmission device 60 includes two levers 62 , 64 , which each have a bearing section arranged at one axial end 66 , 67 on the valve stem 30th are rotatably mounted, the axis of rotation 70 perpendicular to the longitudinal axis 72 the valve stem 30th is aligned. The levers 62 , 64 are supported with a support section arranged at a second axial end 68 , 69 on the membrane 42 away. To reduce the friction between the respective lever 62 , 64 and the membrane 42 are on the support section 68 , 69 one role each 74 , 75 arranged, which are rotatably mounted. The membrane 42 can via at least one spring element, not shown in the figure, in the direction of the lever 62 , 64 be axially loaded, causing the membrane 42 permanently on the rollers 74 , 75 the lever 62 , 64 is present. Furthermore are the levers 62 , 64 via one between the support section 68 , 69 and the storage section 66 , 67 arranged lever bearing 63 , 65 on the housing cover 16 mounted like a rocker, the lever bearings 63 , 65 through one on the housing cover 16 provided projection 76 , 77 are executed.

Durch die Wahl des Abstandes zwischen dem Lagerabschnitt 62, 64 und der Hebellagerung 63, 65 und des Abstandes zwischen dem Abstützabschnitt 68, 69 und der Hebellagerung 63, 65 wird eine Kraftübersetzung ungleich 1 eingestellt, wobei nach dem Hebelgesetz eine aus der Verlagerung der Membran 42 entstehende Kraft in eine auf die Ventilstange 30 wirkende Kraft übersetzt wird. Im vorliegenden Fall ist der Abstand zwischen dem Lagerabschnitt 66, 67 und der wippenartigen Hebelagerung 63, 65 kleiner ist als der Abstand zwischen dem Abstützabschnitt 68, 69 und der wippenartigen Hebellagerung 63, 65, wodurch die auf die Ventilstange 30 wirkende Kraft höher ist als die durch die Verlagerung der Membran 42 bewirkte Kraft.By choosing the distance between the bearing section 62 , 64 and the lever mounting 63 , 65 and the distance between the support section 68 , 69 and the lever mounting 63 , 65 a force transmission unequal to 1 is set, whereby according to the law of levers one from the displacement of the membrane 42 resulting force in a on the valve rod 30th acting force is translated. In the present case, the distance between the bearing section is 66 , 67 and the rocker-like lever mounting 63 , 65 is smaller than the distance between the support section 68 , 69 and the rocker-like lever mounting 63 , 65 which causes the on the valve stem 30th acting force is higher than that caused by the displacement of the membrane 42 caused force.

Im geschlossenen Zustand des Luftzufuhrregelventils 10 und bei inaktiver, in der Figur nicht gezeigten Pumpe bewirkt die Rückstellfeder 32 durch ihre entgegen der Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds 28, d.h. in Schließrichtung, wirkende Federkraft, dass das Ventilschließglied 28 gegen den Ventilsitz 26 gepresst wird und dadurch der Durchströmungsquerschnitt 24 geschlossen ist.In the closed state of the air supply control valve 10 and when the pump is inactive, not shown in the figure, the return spring acts 32 by their counter to the opening direction of the valve closing member 28 , ie in the closing direction, acting spring force that the valve closing member 28 against the valve seat 26th is pressed and thereby the flow cross-section 24 closed is.

An der Membran 42 sind mehrere Distanzelemente 43, 45 vorgesehen, welche im geschlossenen Zustand des Luftzufuhrregelventils 10 an einer durch ein Federelement 31 axial belastete Rückschlagplatte 29 des Ventilschließglieds 28 anliegen, wodurch die Rückschlagplatte 29 von ihrer am Gehäusegrundkörper 14 vorgesehenen Dichtfläche weggedrückt wird und dadurch im geschlossenen Zustand des Luftzufuhrregelventils 10 ein Verkleben der Rückschlagplatte 29 mit ihrer Dichtfläche verhindert wird. Im geöffneten Zustand des Luftzufuhrregelventils 10 sind die Distanzelemente 43, 35 von der Rückschlagplatte 29 beabstandet und belasten die Rückschlagplatte 29 nicht.On the membrane 42 are several spacers 43 , 45 provided, which in the closed state of the air supply control valve 10 on one by a spring element 31 axially loaded check plate 29 of the valve closing element 28 abut, causing the non-return plate 29 of their on the housing body 14th provided sealing surface is pushed away and thereby in the closed state of the air supply control valve 10 gluing the non-return plate 29 with their sealing surface is prevented. When the air supply control valve is open 10 are the spacer elements 43 , 35 from the check plate 29 spaced and strain the non-return plate 29 not.

Zum Öffnen des Luftzufuhrregelventils 10 wird der Durchströmungsquerschnitt 24 freigegeben und damit der Einlass 20 mit dem Auslass 22 verbunden, indem die nicht gezeigte Pumpe betätigt wird und einen Einlassdruck im Einlass 20 bereitstellt. Der Raum 46 ist über das Schaltventil 41 mit der Außenumgebung verbunden, wodurch im Raum 46 Umgebungsdruck herrscht. Dabei wirkt der Einlassdruck auf die Membran 42 und verursacht erfindungsgemäß eine entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds 28 wirkende Kraft auf die Membran 42, wodurch sich die Membran 42 entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds 28 verlagert. Die entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung vorliegende Bewegung der Membran 42 wird durch die Übertragungsvorrichtung 60 in eine Bewegung der Ventilstange 30 in Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds 28 transferiert. Zusätzlich wird durch die Übertragungsvorrichtung 60 die auf die Ventilstange 30 wirkende Kraft erhöht.To open the air supply control valve 10 becomes the flow cross-section 24 released and with it the entrance 20th with the outlet 22nd connected by operating the pump, not shown, and an inlet pressure in the inlet 20th provides. The space 46 is via the switching valve 41 connected to the outside environment, creating in space 46 Ambient pressure prevails. The inlet pressure acts on the membrane 42 and according to the invention causes a direction opposite to the opening direction of the valve closing member 28 acting force on the membrane 42 , causing the diaphragm 42 opposite to the opening direction of the valve closing member 28 relocated. The movement of the membrane opposite to the opening direction 42 is through the transmission device 60 in a movement of the valve rod 30th in the opening direction of the valve closing member 28 transferred. In addition, through the transmission device 60 those on the valve stem 30th acting force increased.

Sobald das Luftzufuhrregelventil 10, insbesondere bei aktiver Pumpe und aufgebauten Einlassdruck, wieder geschlossen werden soll, wird, der Raum 46 über das Schaltventil 41 mit dem Einlass 20 verbunden, wodurch auf die Membran 42 beidseitig der Einlassdruck herrscht und die Membran 42 druckausgeglichen ist. Die Ventilstange 30 wird erneut derart durch die Federkraft der Rückstellfeder 32 belastet, dass das Ventilschließglied 28 gegen den Ventilsitz 26 gepresst wird.Once the air supply control valve 10 should be closed again, especially when the pump is active and the inlet pressure has built up, the room becomes 46 via the switching valve 41 with the inlet 20th connected, causing on the diaphragm 42 the inlet pressure and the membrane prevail on both sides 42 is pressure balanced. The valve stem 30th is again in this way by the spring force of the return spring 32 loaded that the valve closure member 28 against the valve seat 26th is pressed.

Es wird somit ein Luftzufuhrregelventil 10 geschaffen, welches ein zuverlässiges Öffnen des Luftzufuhrregelventils 10, auch bei einem niedrigen Einlassdruck, gewährleistet, wobei die Luftzufuhrvorrichtung 10 einen kleinen Bauraum aufweist und einfach und kostengünstig ausgeführt ist.It thus becomes an air supply control valve 10 created, which a reliable opening of the air supply control valve 10 , even at a low inlet pressure, ensures the air supply device 10 has a small installation space and is designed simply and inexpensively.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So sind selbstverständlich Änderungen bezüglich des Aufbaus der verschiedenen Teile des Luftzufuhrregelventils, wie dem Gehäuse oder der Anordnung der Ventilteile zueinander denkbar.It should be clear that the scope of protection of the present main claim is not limited to the exemplary embodiment described. So, of course, changes with regard to the structure of the various parts of the air supply control valve, such as the housing or the arrangement of the valve parts with respect to one another, are conceivable.

Claims (11)

Luftzufuhrregelventil (10) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse (12), welches einen Einlass (20) und einen Auslass (22) aufweist, einem Ventilschließglied (28), welches an einer Ventilstange (30) angeordnet ist und mit einem Ventilsitz (26) einen Durchströmungsquerschnitt (24) zwischen dem Einlass (20) und dem Auslass (22) begrenzt, wobei das Ventilschließglied (28) zumindest zwischen einer Schließstellung und einer Offenstellung verstellbar ist, einem pneumatisch betätigten Aktor (40) zur Verstellung des Ventilschließglieds (28), wobei der pneumatisch betätigte Aktor (40) eine Membran (42) aufweist, welche über eine Übertragungsvorrichtung (60) mit der Ventilstange (30) wirkverbunden ist und sich während einer Verstellbewegung des Ventilschließglieds (38) relativ zur Ventilstange (30) bewegt, wobei die Membran (42) durch eine von einem Einlassdruck abhängige Kraft belastet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verstellung des Ventilschließglieds (28) in Öffnungsrichtung die von dem Einlassdruck abhängige Kraft entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds (28) auf die Membran (42) wirkt.Air supply control valve (10) for an internal combustion engine, with a housing (12) which has an inlet (20) and an outlet (22), a valve closing member (28) which is arranged on a valve rod (30) and with a valve seat (26) ) a flow cross-section (24) between the inlet (20) and the outlet (22), the valve closing member (28) being adjustable at least between a closed position and an open position, a pneumatically operated actuator (40) for adjusting the valve closing member (28) , wherein the pneumatically operated actuator (40) has a membrane (42) which is operatively connected to the valve rod (30) via a transmission device (60) and moves relative to the valve rod (30) during an adjustment movement of the valve closing member (38), wherein the membrane (42) is loaded by a force dependent on an inlet pressure, characterized in that when the valve closing member (28) is adjusted in the opening direction the force, which is dependent on the inlet pressure, acts on the diaphragm (42) in the opposite direction to the opening direction of the valve closing element (28). Luftzufuhrregelventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (42) eine Durchgangsöffnung (48) aufweist, durch welche sich die Ventilstange (30) erstreckt, wobei an dem die Membran (42) durchragenden Ende der Ventilstange (30) die Übertragungsvorrichtung (60) angreift.Air supply control valve (10) Claim 1 , characterized in that the membrane (42) has a through opening (48) through which the valve rod (30) extends, the transmission device (60) engaging the end of the valve rod (30) protruding through the membrane (42). Luftzufuhrregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Membran (42) eine flexible Dichtmanschette (56) angeordnet ist, welche fluiddicht an der Ventilstange (30) und an der Membran (42) befestigt ist.Air supply control valve (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a flexible sealing sleeve (56) is arranged on the membrane (42) and is fastened in a fluid-tight manner to the valve rod (30) and to the membrane (42). Luftzufuhrregelventil (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtmanschette (56) an die Membran (42) angespritzt ist.Air supply control valve (10) Claim 3 , characterized in that the sealing collar (56) is molded onto the membrane (42). Luftzufuhrregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsvorrichtung (60) mindestens einen Hebel (62, 64) aufweist, welcher über einen Lagerabschnitt (66, 67) drehbar an der Ventilstange (30) gelagert ist und über einen Abstützabschnitt (68, 69) sich an der Membran (42) abstützt, wobei der Hebel (62, 64) axial zwischen dem Lagerabschnitt (66, 67) und dem Abstützabschnitt (68, 69) wippenartig am Gehäuse (12) gelagert ist.Air supply control valve (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission device (60) has at least one lever (62, 64) which is rotatably mounted on the valve rod (30) via a bearing section (66, 67) and via a Support section (68, 69) is supported on the membrane (42), the lever (62, 64) being mounted axially between the bearing section (66, 67) and the support section (68, 69) on the housing (12) like a rocker. Luftzufuhrregelventil (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Abstützabschnitt (68, 69) des Hebels (62, 64) eine drehbar gelagerte Rolle (74, 75) angeordnet ist.Air supply control valve (10) Claim 5 , characterized in that a rotatably mounted roller (74, 75) is arranged on the support section (68, 69) of the lever (62, 64). Luftzufuhrregelventil (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (62, 64) sich an einem am Gehäuse (12) vorgesehenen Vorsprung (76, 77) wippenartig abstützt.Air supply control valve (10) Claim 5 or 6th , characterized in that the lever (62, 64) is supported in a rocker-like manner on a projection (76, 77) provided on the housing (12). Luftzufuhrregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Lagerabschnitt (66, 67) des Hebels (62, 64) und der wippenartigen Hebellagerung (63, 65) des Hebels (62, 64) am Gehäuse (12) kleiner ist als der Abstand zwischen dem Abstützabschnitt (68, 69) des Hebels (62, 64) und der wippenartigen Hebellagerung (63, 65) des Hebels (62, 64) am Gehäuse (12).Air supply control valve (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the bearing section (66, 67) of the lever (62, 64) and the rocker-like lever bearing (63, 65) of the lever (62, 64) on the housing ( 12) is smaller than the distance between the support section (68, 69) of the lever (62, 64) and the rocker-like lever mounting (63, 65) of the lever (62, 64) on the housing (12). Luftzufuhrregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellfeder (32) vorgesehen ist, welche das Ventilschließglied (28) in Schließrichtung belastet.Air supply control valve (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a return spring (32) is provided which loads the valve closing member (28) in the closing direction. Luftzufuhrregelventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (42) durch mindestens ein Federelement entgegengesetzt zur Öffnungsrichtung des Ventilschließglieds (28) belastet ist.Air supply control valve (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane (42) is loaded by at least one spring element opposite to the opening direction of the valve closing member (28). Luftzufuhrregelventil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilschließglied (28) eine durch ein Federelement (31) vorgespannte Rückschlagplatte (29) aufweist, wobei die federvorgespannte Rückschlagplatte (29) über mindestens ein an der Membran (42) vorgesehenes Distanzelement (43, 45) belastbar ist.Air supply control valve (10) according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the valve closing member (28) has a non-return plate (29) prestressed by a spring element (31), the spring-prestressed non-return plate (29) being loadable via at least one spacer element (43, 45) provided on the membrane (42).
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AT16539U1 (en) 2018-09-10 2019-12-15 Msg Mechatronic Systems Gmbh valve device

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