DE19607156A1 - Valve for real=time rapid on-line analysis and control in engine - Google Patents

Valve for real=time rapid on-line analysis and control in engine

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Abstract

A valve which controls the flow of gas or liquid through a flow line (1) comprises a tubular section (2) which is elastic, and can be pressed together over part of its length. The ends connect to the flow line, and its cross section is similar. A pressure unit (3, 4) continuously squeezes the tubular section (2). Preferably, the pressure unit is actuated by electric current supplied to its electromagnet, which indirectly squeezes the tubular section. The flow permitted through the tube is a function of current. The elastic section is 'Viton' (RTM).

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchflußventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a flow valve according to the preamble of Claim 1.

In vielen Anwendungen müssen in Leitungsrohren oder -kapillaren strömende Medien, also Gase oder Flüssigkeiten, kontinuierlich in ihrer Durchflußmenge eingestellt werden können. Zu diesem Zweck wurden im Stand der Technik verschiedene Arten und Ausführungsformen von Durchflußventilen entwickelt. Es kommt jedoch zunehmend darauf an, schnelle Konzentrationsänderungen der in einem strömenden Medium enthaltenen Bestandteile mit hoher Zeitauflösung analysieren zu können, z. B. bei der Kraftfahrzeug- Abgasanalyse. Ein schneller Konzentrationsanstieg einer zu messenden Komponente soll demgemäß in den Zuleitungen zu dem Analysegerät nicht in einen langsamen Anstieg verfälscht werden. Das bedeutet, daß unter anderem in den Leitungsrohren angeordnete Durchflußregler und -ventile diese schnellen Änderungen nicht verfälschen dürfen.In many applications, pipelines or capillaries must flow Media, i.e. gases or liquids, continuously in their flow rate can be adjusted. To this end, the prior art developed different types and embodiments of flow valves. However, it is increasingly important to make rapid changes in concentration of the components contained in a flowing medium with high To be able to analyze time resolution, e.g. B. in the automotive Exhaust gas analysis. A rapid increase in the concentration of one to be measured Accordingly, the component should not be in the supply lines to the analyzer a slow rise can be falsified. That means that under other flow regulators and valves arranged in the line pipes must not falsify these rapid changes.

Die im Stand der Technik bekannten kontinuierlich einstellbaren Ventile werden diesen Anforderungen jedoch nicht mehr gerecht. Dies liegt zumeist konstruktionstechnisch daran, daß sie ein Totvolumen aufweisen, also ein größeres Volumen als ein Stück Leitungsrohr entsprechender Länge. In diesem Totvolumen können sich die Komponenten des strömenden Mediums in unterschiedlicher Weise ausbreiten und untereinander vermischen. Dies hat zur Folge, daß ursprünglich schnelle Änderungen in der Konzentration bestimmter Bestandteile des strömenden Mediums, die vor Erreichen des Ventils einen in dem Zuleitungsrohr beispielsweise nahezu rechteckartigen Anstiegsverlauf aufweisen, durch die Wirkung des Ventils in einen verlangsamten Anstiegsverlauf verfälscht werden. Dieser Anstieg wird dann an das Analysegerät weitergeleitet und fälschlich als der tatsächliche Verlauf des Konzentrationsanstiegs wiedergegeben.The continuously adjustable valves known in the prior art however, these requirements are no longer met. This is mostly the case construction engineering that they have a dead volume, so a larger volume than a piece of conduit of the appropriate length. In the components of the flowing medium can become this dead volume Spread out in different ways and mix with each other. this has as a result, originally rapid changes in concentration certain components of the flowing medium, which are before reaching the Valve one in the feed pipe, for example, almost rectangular Show rise course through the action of the valve in one slowed down course of the rise. This increase will then passed to the analyzer and falsely as the actual course of the increase in concentration.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Durchflußventil anzugeben, durch das schnelle Änderungen in der Konzentration oder Zusammensetzung strömender Medien ohne Verfälschung propagieren können.The invention is therefore based on the object of a flow valve indicate by which rapid changes in concentration or  Promote the composition of flowing media without falsification can.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten besonders vorteilhafte Ausgestaltungen.This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved. The subclaims contain in particular advantageous embodiments.

Das erfindungsgemäße Durchflußventil umfaßt ein kontinuierlich zusammendrückbares rohrförmiges Glied aus einem elastischen Material, das an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Enden eines Leitungsrohrs verbunden ist und dessen Querschnitt im unbelasteten Zustand im wesentlichen dem des Leitungsrohrs entspricht und das demzufolge kein Totvolumen aufweist. Dieses Ventilrohr kann durch eine Druckvorrichtung kontinuierlich zusammengedrückt werden, womit sich sein Querschnitt kontinuierlich verringern läßt. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Druckvorrichtung einen mit einem elektrischen Strom beaufschlagten Elektromagneten, wobei die Durchflußmenge durch das Ventil durch den Strom einstellbar ist.The flow valve according to the invention comprises a continuous compressible tubular member made of an elastic material which at its opposite ends with the ends of a conduit is connected and its cross section in the unloaded state in essentially corresponds to that of the conduit and therefore no Has dead volume. This valve tube can be through a pressure device are continuously compressed, which is its cross-section continuously reduced. In a preferred embodiment, contains the printing device is supplied with an electric current Electromagnets, the flow rate through the valve through the Current is adjustable.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 das Prinzip der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 shows the principle of the present invention;

Fig. 2A einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflußventils; 2A shows a longitudinal section through a preferred embodiment of a flow valve according to the invention.

Fig. 2B eine Draufsicht auf das Durchflußventil nach Fig. 2A. Fig. 2B is a plan view of the flow valve of Fig. 2A.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Prinzip schematisch dargestellt. Ein rohrförmiges Glied 2 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Enden eines Leitungsrohrs verbunden. Das rohrförmige Glied 2 weist im unbelasteten Zustand einen Querschnitt auf, der demjenigen des Leitungsrohrs entspricht. Es besteht aus elastischem Material und ist wenigstens auf einem Teil seiner Länge in Querrichtung zusammendrückbar. Durch Druckeinwirkung (Pfeil) von einer oder von mehreren Seiten kann das rohrförmige Glied kontinuierlich zusammengedrückt werden. In Fig. 1, the principle of the invention is shown schematically. A tubular member 2 is connected at its opposite ends to the ends of a conduit. In the unloaded state, the tubular member 2 has a cross section which corresponds to that of the conduit. It consists of elastic material and is compressible in the transverse direction over at least part of its length. The tubular member can be compressed continuously by the action of pressure (arrow) from one or more sides.

In Fig. 2A, B ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Durchflußventils dargestellt.In Fig. 2A, B is shown a preferred embodiment of a flow valve according to the invention.

Das Durchflußventil 10 dient dazu, den Durchfluß eines flüssigen oder gasförmigen Mediums durch ein Leitungsrohr 1 oder eine -kapillare kontinuierlich einzustellen. Bei einer praktischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestand das Leitungsrohr 1 aus Edelstahl. Im Bereich der Ventilanordnung ist das Leitungsrohr 1 durch ein rohrförmiges Glied 2, im allgemeinen einen Schlauch 2, ersetzt, in den auf beiden Seiten die Enden des Leitungsrohrs 1 eingesteckt werden. Der Schlauch 2 kann allgemein aus einem elastischen, beispielsweise einem elastomeren Material bestehen. Im einfachsten Fall besteht der Schlauch 2 aus Gummi. Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung von Viton®, um höheren Temperaturen (bis 200°C) standzuhalten, die beispielsweise bei der Abgasuntersuchung auftreten können. Die beiden Enden des Leitungsrohres 1 werden auf beiden Seiten in den Schlauch 2 eingesteckt und fest mit dem Schlauchmaterial verbunden. Der Innenquerschnitt des Schlauches 2 entspricht somit in etwa demjenigen des Leitungsrohres 1. Das Kernstück der Ventilanordnung weist somit ein verschwindendes Totvolumen auf.The flow valve 10 serves to continuously adjust the flow of a liquid or gaseous medium through a conduit 1 or a capillary. In a practical embodiment of the present invention, the conduit 1 was made of stainless steel. In the area of the valve arrangement, the conduit 1 is replaced by a tubular member 2 , generally a hose 2 , into which the ends of the conduit 1 are inserted on both sides. The hose 2 can generally consist of an elastic, for example an elastomeric material. In the simplest case, the hose 2 is made of rubber. However, the use of Viton® is particularly preferred in order to withstand higher temperatures (up to 200 ° C), which can occur, for example, during exhaust gas analysis. The two ends of the conduit 1 are inserted into the hose 2 on both sides and firmly connected to the hose material. The inner cross section of the hose 2 thus corresponds approximately to that of the conduit 1 . The core of the valve arrangement thus has a vanishing dead volume.

Der Schlauch 2 und Teile des Leitungsrohrs 1 werden - wie dargestellt - in einer Führungsnut einer vorzugsweise aus Edelstahl bestehenden Führungsplatte 6 geführt. In der Führungsplatte 6 befindet sich ebenfalls eine Führungsnut für einen Bolzen 5, der unterhalb und quer zu dem Schlauch 2 verläuft und dessen Funktion noch zu erläutern sein wird.The hose 2 and parts of the conduit 1 are - as shown - guided in a guide groove of a guide plate 6 , preferably made of stainless steel. In the guide plate 6 there is also a guide groove for a bolt 5 which runs below and across the hose 2 and whose function will be explained below.

Die Druckvorrichtung basiert bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Fig. 2A, B auf elektromagnetischen Kräften. Sie besteht im wesentlichen aus einem Elektromagneten 3 und einer Andruckplatte 4 (in Fig. 2B weggelassen), die oberhalb des Elektromagneten 3 angeordnet und reibungsfrei gehaltert ist. Die Andruckplatte 4 enthält einen Permanentmagneten 4A. Im stromlosen Zustand des Elektromagneten 3 wird die Andruckplatte 4 mit dem Permanentmagneten 4A durch die metallischen Teile des Elektromagneten 3 oder durch die mit diesem unmittelbar verbundenen metallischen Teile, beispielsweise die vorzugsweise aus Edelstahl bestehende Führungsplatte 6, angezogen. Die Anziehungskraft ist dabei ausreichend groß, so daß der Schlauch 2 durch die Andruckplatte 4 vollständig zusammengedrückt wird. Damit der Schlauch 2 möglichst nur an einer schmalen Stelle zusammengedrückt wird, liegt er unmittelbar auf dem bereits erwähnten Bolzen 5 auf, der quer zur Längsrichtung des Schlauches 2 verläuft.In this preferred embodiment of FIGS. 2A, B, the printing device is based on electromagnetic forces. It essentially consists of an electromagnet 3 and a pressure plate 4 (omitted in FIG. 2B), which is arranged above the electromagnet 3 and held without friction. The pressure plate 4 contains a permanent magnet 4 A. When the electromagnet 3 is de-energized, the pressure plate 4 with the permanent magnet 4 A is replaced by the metallic parts of the electromagnet 3 or by the metallic parts directly connected to it, for example the guide plate 6 , preferably made of stainless steel, dressed. The force of attraction is sufficiently large that the hose 2 is completely compressed by the pressure plate 4 . So that the hose 2 is compressed only at a narrow point if possible, it lies directly on the already mentioned bolt 5 , which runs transversely to the longitudinal direction of the hose 2 .

Bei dieser praktischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung drückt also die permanentmagnetische Andruckplatte 4 im stromlosen Zustand des Elektromagneten 3 den Schlauch 2 vollständig zusammen und sperrt damit den Durchfluß des Mediums. Um das Ventil zu öffnen, wird nun der Elektromagnet mit einem Strom beschickt. Das Einschalten des Stromes bewirkt die Erzeugung eines dem magnetischen Feld des Permanentmagneten 4A entgegengerichteten magnetischen Feldes. Dadurch wird also das magnetische Feld des Permanentmagneten 4A mit zunehmendem Strom mehr und mehr kompensiert, wodurch sich die auf den Permanentmagneten 4A wirkende Kraft verringert. Somit kehrt die Andruckplatte 4 in den Gleichgewichtszustand ihrer Halterung zurück und gibt den Schlauch 2 frei. Durch kontinuierliche Erhöhung des Stromes kann somit der Schlauchquerschnitt kontinuierlich bis zu einem Wert erhöht werden, der dem Querschnitt des Leitungsrohrs entspricht.In this practical embodiment of the present invention, the permanent magnetic pressure plate 4 completely presses the hose 2 when the electromagnet 3 is de-energized and thus blocks the flow of the medium. To open the valve, the electromagnet is now supplied with a current. Switching on the current causes the generation of a magnetic field opposing the magnetic field of the permanent magnet 4 A. As a result, the magnetic field of the permanent magnet 4 A is compensated more and more with increasing current, as a result of which the force acting on the permanent magnet 4 A is reduced. The pressure plate 4 thus returns to the equilibrium state of its holder and releases the hose 2 . By continuously increasing the current, the cross-section of the hose can be continuously increased to a value that corresponds to the cross-section of the conduit.

Die Andruckplatte 4 ist über ein dünnes Blech 7 mit einem Ständer 8 verbunden. Im Gleichgewichtszustand dieser Halterung, d. h. ohne Einwirkung einer Kraft auf die Andruckplatte 4, nimmt diese eine Position ein, in der sie sich oberhalb des Schlauches 2 befindet und diesen nicht zusammendrückt. Im stromlosen Zustand des Elektromagneten 3 wirkt jedoch die Anziehungskraft auf den Permanentmagneten 4, so daß sich das Blech 7 verbiegt. In diesem Zustand wirkt eine Rückstellkraft auf den Permanentmagneten 4A, die jedoch kleiner ist als die magnetische Anziehungskraft. Bei Erhöhung des Stromes wird die magnetische Anziehungskraft mehr und mehr kompensiert, so daß die Rückstellkraft des Bleches 7 schließlich die Oberhand gewinnt und die Andruckplatte 4 und das Blech 7 in die Gleichgewichtslage zurückkehren. Von Bedeutung ist hierbei daß die Bewegung der Andruckplatte 4 weitgehend reibungsfrei erfolgt, da lediglich das Blech 7 verformt wird. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß die Kennlinie des Ventils hysteresefrei ist, d. h. daß bereits eine minimale Änderung des Stroms nach oben oder unten eine entsprechende Änderung des Durchflusses erzeugt.The pressure plate 4 is connected to a stand 8 via a thin sheet 7 . In the equilibrium state of this holder, ie without the action of a force on the pressure plate 4 , it takes up a position in which it is located above the hose 2 and does not compress it. In the de-energized state of the electromagnet 3, however, the attractive force acts on the permanent magnet 4 , so that the sheet 7 bends. In this state, a restoring force acts on the permanent magnet 4 A, which is, however, less than the magnetic attraction force. When the current increases, the magnetic attraction force is compensated more and more, so that the restoring force of the sheet 7 finally gains the upper hand and the pressure plate 4 and the sheet 7 return to the equilibrium position. It is important here that the movement of the pressure plate 4 takes place largely without friction, since only the plate 7 is deformed. The advantage of this arrangement is that the characteristic curve of the valve is free of hysteresis, that is to say that even a minimal change in the current up or down produces a corresponding change in the flow.

Anstelle der Andruckplatte 4 kann auch ein anderes geeignetes Element verwendet werden. Instead of the pressure plate 4 , another suitable element can also be used.

Anstelle des Bleches 7 kann auch eine andere Feder mit definierter Rückstellkraft verwendet werden, beispielsweise eine Spiralfeder.Instead of the plate 7 , another spring with a defined restoring force can also be used, for example a spiral spring.

Die elektromagnetische Wirkung der Druckvorrichtung kann auch anders ausgestaltet werden. So kann z. B. die Andruckplatte 4 aus einem weichmagnetischen Material bestehen und wird erst durch den mit einem Strom beschickten Elektromagneten angezogen und drückt dabei den Schlauch zusammen. In diesem Fall entspricht der stromlose Fall dem größtmöglichen Durchfluß des Ventils.The electromagnetic effect of the printing device can also be designed differently. So z. B. the pressure plate 4 consist of a soft magnetic material and is only attracted by the electromagnet supplied with a current and thereby compresses the hose. In this case, the currentless case corresponds to the greatest possible flow of the valve.

Denkbar sind jedoch auch andere Andruckvorrichtungen, die nicht elektromagnetisch arbeiten, z. B. solche die hydraulisch arbeiten oder durch ein anderes geeignetes Druckmittel betätigt werden.However, other pressure devices are also conceivable, which are not work electromagnetically, e.g. B. those that work hydraulically or by another suitable pressure medium can be actuated.

Der dem Elektromagneten zugeführte Strom kann natürlich auch aus einer Regelschleife entnommen werden, mit der der Durchfluß auf einen konstanten Wert geregelt werden soll.The current supplied to the electromagnet can of course also come from a Control loop are taken with which the flow to a constant Value to be regulated.

Eine hysteresefreie Ansteuerung des Ventils kann auch auf andere Weise herbeigeführt werden. Beispielsweise kann man die Halterung der Andruckplatte derart ausführen, daß letztere nicht reibungsfrei gelagert ist, jedoch dem Gleichstrom, der dem Elektromagneten zugeführt wird, in an sich bekannter Weise einen niederfrequenten Wechselstrom niedriger Amplitude überlagern.A hysteresis-free control of the valve can also be done in other ways be brought about. For example, you can mount the Execute pressure plate in such a way that the latter is not stored without friction, however, the direct current supplied to the electromagnet in itself known way a low-frequency alternating current of low amplitude overlay.

Claims (9)

1. Durchflußventil zur Einstellung der Durchflußmenge eines durch ein Leitungsrohr (1) strömenden flüssigen oder gasförmigen Mediums, gekennzeichnet durch ein rohrförmiges Glied (2) aus einem elastischen Material, das auf wenigstens einem Teil seiner Länge quer zusammendrückbar ist und an seinen gegenüberliegenden Enden mit den Enden des Leitungsrohrs (1) verbunden ist, und einen Querschnitt aufweist, dessen Wert im unbelasteten Zustand im wesentlichen demjenigen des Leitungsrohrs entspricht, und ferner einer Druckvorrichtung (3, 4) zum kontinuierlichen Zusammendrücken des rohrförmigen Gliedes (2).1. flow valve for adjusting the flow rate of a through a conduit ( 1 ) flowing liquid or gaseous medium, characterized by a tubular member ( 2 ) made of an elastic material which is compressible transversely on at least part of its length and at its opposite ends with the Connected ends of the conduit ( 1 ), and has a cross section, the value of which in the unloaded state substantially corresponds to that of the conduit, and further a pressure device ( 3 , 4 ) for continuously compressing the tubular member ( 2 ). 2. Durchflußventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Glied (2) über mindestens einen Teil seiner Länge mit einer Tasten Auflage (5) in Kontakt steht.2. Flow valve according to claim 1, characterized in that the tubular member ( 2 ) is in contact over at least part of its length with a key pad ( 5 ). 3. Durchflußventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckvorrichtung (3, 4) durch das Einschalten der Stromzufuhr eines Elektromagneten (3) aktivierbar ist.3. Flow valve according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure device ( 3 , 4 ) can be activated by switching on the power supply of an electromagnet ( 3 ). 4. Durchflußventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckvorrichtung (3, 4) einen Elektromagneten (3) und eine beweglich gehalterte Andruckplatte (4) enthält, zwischen denen das rohrförmige Glied (2) angeordnet ist und der Abstand zwischen dem Elektromagneten (3) und der Andruckplatte (4) durch den elektrischen Strom regelbar ist, mit dem der Elektromagnet (3) beaufschlagt wird.4. Flow valve according to claim 3, characterized in that the pressure device ( 3 , 4 ) contains an electromagnet ( 3 ) and a movably held pressure plate ( 4 ), between which the tubular member ( 2 ) is arranged and the distance between the electromagnet ( 3 ) and the pressure plate ( 4 ) can be regulated by the electric current with which the electromagnet ( 3 ) is acted upon. 5. Durchflußventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckplatte (4) einen Permanentmagneten (4A) enthält und daß die Druckvorrichtung (3, 4) eine Endposition aufweist, in welcher der Elektromagnet (3) stromlos ist und die Andruckplatte (4) das rohrförmige Glied (2) vollständig zusammendrückt, und der Abstand zwischen dem Elektromagneten (3) und der Andruckplatte (4) durch Beaufschlagung des Elektromagneten (3) mit einem Strom vergrößerbar ist. 5. Flow valve according to claim 4, characterized in that the pressure plate ( 4 ) contains a permanent magnet ( 4 A) and that the pressure device ( 3 , 4 ) has an end position in which the electromagnet ( 3 ) is currentless and the pressure plate ( 4th ) completely compresses the tubular member ( 2 ), and the distance between the electromagnet ( 3 ) and the pressure plate ( 4 ) can be increased by applying a current to the electromagnet ( 3 ). 6. Durchflußventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckplatte (4) reibungsfrei gelagert ist.6. Flow valve according to claim 4 or 5, characterized in that the pressure plate ( 4 ) is mounted without friction. 7. Durchflußventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckplatte (4) an einem federnden dünnen Blech (7) befestigt ist, das in der Endposition eine Rückstellkraft aufweist.7. Flow valve according to claim 6, characterized in that the pressure plate ( 4 ) is attached to a resilient thin sheet ( 7 ) which has a restoring force in the end position. 8. Durchflußventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Material Viton® ist.8. Flow valve according to one or more of the preceding claims, characterized in that the elastic material is Viton®. 9. Durchflußventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (5) ein Bolzen ist, der in Querrichtung zu dem rohrförmigen Glied (2) verläuft.9. Flow valve according to one or more of claims 2 to 8, characterized in that the support ( 5 ) is a bolt which extends in the transverse direction to the tubular member ( 2 ).
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