DE2315549A1

DE2315549A1 - Doppelt wirkende ventilbaugruppe

Info

Publication number: DE2315549A1
Application number: DE2315549A
Authority: DE
Inventors: Stanley Hubert Updike
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1972-04-10
Filing date: 1973-03-28
Publication date: 1973-10-18
Also published as: US3776275A; FR2179856B1; CA986814A; JPS4916018A; DE2315549B2; JPS5216810B2; GB1389638A; IT983707B; FR2179856A1; AU5373173A

Description

Cleveland, Ohio 44117 /V.St.A.

Unser Zeichen: T I352

Doppelt v/irkende Ventilbaugruppe

Die Erfindung betrifft eine doppelt v/irkende Ventilbaugruppe.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Tellerventilbaugruppen, mit denen wahlweise eine von zwei Einlaßöffnungen mit einer Auslaßöffnung verbunden wird. Hierbei wird von einem Tellerventil Gebrauch gemacht, welches am Kopfende eine doppelte Sitzfläche aufweist und welches einen verbreiterten Schaftabschnitt hat, der in einer Stellung des Tellerventiles, wenn eine der Sitzflächen am Ventilkopf gegen einen Sitz anliegt, der im Gehäuse vorgesehen ist, gegen einen elastischen Federring anliegt. Die zweite der Ventilsitzflächen ist derart angeordnet und ausgebildet, daß diese sich gegen einen selbstzentrierenden Ventilsitzring anlegen kann, der im Gehäuse gehalten ist und im axialen Abstand von der Sitzfläche angeordnet ist, die im Gehäuse ausgebildet ist.

Es wurde bereits sehr viel Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der katalytischen Reaktorsystemen aufgewendet,

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ORIGINAL INSPECTED

die zusammen mit Brennkraftmaschinen verwendet werden, um Abgasnebenprodukte zu oxydieren. Bei einem der am meisten entwickelten katalytischen Konvertern, die gegenwärtig verwendet werden, wird ein Platin-Katalysator benutzt und dieser Konverter arbeitet normalerweise mit Erfolg im Temperaturbereich zwischen 593 C und 76O C. Während des Betriebes des Fahrzeuges kann jedoch Rohöl in das Abgassystem durch Fehlfunktionen gelangen, wie beispielsweise Hängenbleiben der Vergaserluftklappe oder Fehlzündungen der Brennkraftmaschine. Dieses Rohöl kann sehr schnell im Katalysatorbett oxydieren und dadurch können die Temperaturen im Bett auf Werte von über IO93 C erhöht werden. Dies führt nicht nur zur Ersetzung des Katalysators sondern ruft.auch eine mögliche Feuergefahr hervor. _o

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wurde bisher vorgeschlagen, daß ein Bypaß-System verwendet wird, um Abgase um den Konverter in dem Fall herumzulenken, daß ein übertemperaturzustand auftritt.. Bei diesem System wird normalerweise ein Temperaturfühler im Katalysatorbett verwendet, der elektrische oder pneumatische Steuerungen betätigt, um den Ausgang des katalytischen Konverters bei Feststellung einer abnormal hohen Temperatur abzusperren und ufti die Brennmaschinenabgase in diesem Zeitintervall direkt dem Auspufftopf zuzuführen.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine doppelt wirkende Ventilbaugruppe, die bei einem derartigen Betrieb verwendet werden kann, um wahlweise den katalytischen Konverter abzuschließen und die Abgasprodukte direkt in den Auspufftopf abzulenken, wenn ein übertemperaturzustand festgestellt wird. Die Ventileinrichtungen, die bisher für diesen Betrieb vorgeschlagen wurden, weisen häufig Doppelklappenventile auf, die bei hohen Temperaturen dazu neigen, hängenzubleiben. Ferner sind sehr häufig diese Ventile in der Herstellung teuer und erfordern enge Toleranzen.

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Du"»"ch die Erfindung wird ein doppelt wirkendes Ventil geschaffen y welches viele der Nachteile der Ventile ausschaltet, die bisher in katalytischen Konvertersystemen bei hohen Temperaturen verwendet wurden. Bei der erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe wird von einem Tellerventil Gebrauch gemacht, welches aus einem korrosionsfesten Material hergestellt werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein kompaktes Gehäuse verwendet und es sind bei der Herstellung nicht sehr enge Toleranzen erforderlich. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um ein Hängenbleiben im Ventilführungsbereich zu verhindern und das Ventilsystem kann sowohl mit einer Magnetbetätigungseinrichtung als auch mit einer Vakuumbetätigungseinrichtung arbeiten. Es sind ferner Einrichtungen vorgesehen, mit denen die Betätigungseinrichtung mit dem Ventilsatz derart verbunden ist, daß die Wärmeübertragung auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Ventilbaugruppe vorgesehen, die ein Gehäuse aufweist und eine Ventilschaftführung, die im Gehäuse ausgebildet ist. Ein Ventil weist einen Schaftabschnitt auf, der gleitbar innerhalb der Ventilschaftführung angeordnet ist, wobei dieser Schaft einen Kopfabschnitt aufweist, an den sich zwei Ventilsitzflächen befinden. Eine Ventilsitzfläche ist derart ausgebildet und angeordnet, daß diese sich gegen einen Ventilsitz anlegen kann, der im Gehäuse selbst angeordnet ist und zwar in einer Stellung des Ventilschaftes. In dieser Stellung liegt ein verbreiterter Abschnitt des Ventilschaftes gegen einen flexiblen Federring an und verbiegt diesen in eine Dichtungsanlage mit diesem Abschnitt und dadurch wird die Bypaß-Leitung blockiert. In einer anderen Stellung des Ventils liegt die.zweite Sitzfläche des Ventiles gegen einen Ventilsitzring an, der selbstzentrierend ist , um einen richtigen Sitz der Ventilsitzfläche zu ermöglichen.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

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Pig. 1 eine schematische Ansicht eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Bypaß-Ventil nach der Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 eine Teilschnittansicht des Ventiles unter normalen · Betriebsbedingungen, wenn die Abgase vom katalytischen Konverter zum Auspuff geleitet werden,

Fig. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie ΙΙΙ-ΙΙΊ der Fig. 2,

Fig. Jj eine Schnittansicht, genommen längs der Linie IV-IV der Fig. 2, ·

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, bei der jedoch das Ventil in der anderen Stellung" gezeigt ist, wenn Abgase direkt in den Auspuff abgezweigt werden und

Fig. 6 eine Schnittansicht einer pneumatischen Betätigungseinrichtung, die zusammen mit dem erfindungsgemäßen Ventil verwendet werden kann.

In Fig. 1 ist mit 10 ganz allgemein ein Abschnitt des Brennkraftmaschinenabgassystems gezeigt, wie beispielsweise ein Abgasverteiler, der die Verbrennungsprodukte der Brennkraftmaschine einer Leitung 11 zuführt, die zu einem katalytischen Konverter 12 führt und zu einer Bypaß-Leitung 13· Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine werden die Abgase in den katalytischen Konverter 12 eingeführt, wo diese durch ein Bett eines oxydierenden Katalysators hindurchgeführt wird, das beispielsweise aus einem oder mehreren Metallen oder Metalloxyden besteht, die die Fähigkeit haben, Kohlenmonoxyd und unverbranntes Kohlenwasserstoff in Kohlendioxyd und Wasser umzuwandeln. Im normalen Betrieb strömen die behandelten Abgase in Richtung der voll ausgezogenen Pfeile und gelangen durch eine öffnung in eine Leitung 15 und durch.einen Auspufftopf 16 in die Atmosphäre durch eine Leitung 17.

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Ein Temperaturfühlelement, wie beispielsweise ein Thermoelement 18, ist in dem katalytischen Konverter 12 angeordnet. Elektrische Signale werden in Abhängigkeit von der Temperatur in dem Katalysatorbett einer Steuerung 19 über elektrische Leitungen 20 und 21 zugeführt. Die Steuerung 19 ist über Leitungen 22 und 23 mit einem Betätiger 2k verbunden, der ein elektrischer Betätiger, wie beispielsweise eine Magnetbetätigungseinrichtung sein kann,oder ein pneumatischer Betätiger. Jeder dieser Betätiger ist so ausgebildet, daß er die Stellung eines Ventiles steuert, welches einen Schaft 26 und einen Kopf aufweist, der zwei Ventilsitzflächen 27 und 28 hat. Im normalen Betrieb sitzt die Ventilsitzfläche 27 gegen einen Ventilsitz 29» so daß die Abgase in der Bypaß-Leitung 13 daran gehindert werden, in den Auspufftopf 16 einzutreten. Wenn jedoch das Thermoelement 18 eine vorbestimmte hohe Temperatur in dem Katalysatorbett feststellt, was eine Anzeige für überschüssige Mengen von rohen Kohlenwasserstoffen ist, betätigt ein Signal von der Steuerung 19 die Betätigungseinrichtung 24, um das Ventil 25 nach unten zu bewegen und um die Sitzfläche 28 in Anlage gegen den Sitz 30 zu bringen. In diesem Zustand können die Abgase durch die Bypaß-Leitung 13 in den Auspufftopf 16 strömen, während der Ausgang des katalytischen Konverters'12 abgesperrt ist und zwar durch den Dichtungseingriff zwischen der Ventilsitzfläche 28 und dem Sitz 30.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Ventilbaugruppe, die für die Zwecke der Erfindung nützlich ist, ist in den Fig. 2 bis 5 dargestellt. In Fig. 2 ist mit 31 ganz allgemein ein Gehäuse bezeichnet, welches eine innere Bohrung 32 aufweist, die eine Einlaßöffnung 33 von der Bypaß-Linie 13 bildet und ferner ist eine Bohrung 3¹* vorgesehen, die eine Auslaßöffnung 35 bildet, die zum Auspufftopf 16 führt. Das Gehäuse weist ferner einen Ansatz 36 auf, der eine Bohrung 37 hat. Diese Bohrung bildet eine Ventilschaftführung für den Schaftabschnitt 38 eines TeI-lerventiles. Wie Fig. 2 zeigt, kann ein geringes Spiel zwischen

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der Wandung der Bohrung 37 und dem äußeren Umfang des Ventilschaft es 38 vorgesehen sein, um die Wärmeübertragung zwischen dem Ventilschaft und der Führung zu vermindern und um eine freie Bewegung des Ventilschaftes 38 in der Bohrung 37 sicherzustellen.

Das Tellerventil weist einen Kopf 39 auf, an dem zwei Ventilsitzoberflächen 40 und 41 ausgebildet sind. Die Ventilsitzfläche 40 ist so angeordnet, daß sie sich gegen einen Ventilsitz 42 anlegen kann, wenn sich das Tellerventil in der in Fig. 2 dargestellten Stellung befindet. Es handelt sich hierbei um die Stellung, die während des normalen Betriebes eingenommen wird, wenn die Abgase über den Konverter in den Auspufftopf strömen. Der Ventilschaft 38 weist einen verbreiterten Abschnitt 43 auf, der einen kegelstumpfförmigen Teil 44 aufweist, der so angeordnet und ausgebildet ist, daß sich dieser gegen einen flexiblen Federring 45 anlegen kann. Wie Fig. 5 zeigt, weist der Federring 45 einen abgeschrägten oder konischen inneren Umfang 46 auf, der so ausgebildet ist, daß sich gegen diesen der kegelstumpfförmige Abschnitt 44 anlegt. Dies bewirkt eine Verbiegung des Federringes ,45, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der Federring 45 wird innerhalb des Tellerventilkanals mittels eines Halterungsringes 47 gehalten.

Der Federring 45 dichtet oder schließt den Ventilführungsbereich gegen den Gasdruck in der Bypaß-Leitung 13 ab, wenn die aus dem Konverter austretenden Gase in den Auspufftopf geleitet werden. Diese Dichtung verhindert ein Durchsickern durch den Führungsbereich, was dazu führen könnte, daß fein zerteilte Teilchen oder Gase in den Führungsbereich gelangen, wodurch das Ventil im Gehäuse hängenbleiben könnte. Um eine direkte Wärmeleitung vom ^Ventilschaft 38 auf eine Betätigungsstange auf ein Minimum herabzusetzen,, wird eine Haarnadelfeder 49 verwendet, die in einer Nut 50 im Ventilschaft 38 liegt_s wobei ein entsprechender Schlitz 51 im Betätigerarm 48 vorgesehen

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ist, wie es Pig. 3 zeigt. Eine derartige Befestigung schaltet gegeneinander anliegende Grenzflächen zwischen dem Ventilschaft und dem Betätigerschaft aus.

In der in Fig. 5 dargestellten Stellung des Ventils, d. h. in der Bypaß-Betriebsstellung, in der Abgase direkt zum Auspufftopf geführt werden, ohne daß sie durch den Konverter hindurchgehen, sitzt die Ventilsitzfläche Hl an einem Ventilsitzring 52. Dieser Ventilsitzring 52 hat einen abgeschrägten oder konischen inneren Umfang 53» wie es Pig. 2 zeigt. Der Ring 52 ist lose innerhalb einer Aussparung 5¹J aufgenommen, so daß er eine begrenzte axiale und radiale Bewegung durchführen kann. Dies erlaubt ein verhältnismäßig großes Spiel zwischen Schaft und Führung, welches zur Verhinderung eines Hängenbleibens von Bedeutung ist. Da der Sitz sowohl axial als auch radial in einem begrenzten Ausmaß beweglich ist, kann sich der Ring 52 gegenüber der Sitzfläche 4l selbstzentrieren, selbst wenn eine geringe Pehlfluchtung vorliegt und dadurch erfolgt ein Abzug der in der Leitung 55 vorhandenen Gase, die vom Konverter kommen.

Ein Betätigungsmechanismus für die Ventilbaugruppe ist in Fig. 6 dargestellt. Es ist ein Gehäuse 56 gezeigt, welches eine Bohrung mit Innengewinde 57 aufweist, mit der eine Verbindung mit einer Unterdruckquelle hergestellt werden kann. Eine Schraubenfeder weist ein Ende auf, das sich gegen die obere Wandung des Gehäuses anlegt. Das andere Ende dieser Schraubenfeder wird von einer Ringschulter 59 aufgenommen, die einen Teil eines Kolbens 60 bildet. Ein Dichtungsring 6l ist vorgesehen, um den Kolben gegen die Wandung des Gehäuses 56 während der Hin- und Herbewegung des Kolbens abzudichten. Bei dieser Ausführungsform weist der Kolben 60 einen Ansatz 62 auf, in dem ein Schlüssellochschlitz 63 ausgebildet ist. Ein Ventilschaft Sk weist eine Nute 65 auf, die in den Schlüssellochschlitz eingesetzt werden kann, um den Schaft gemäß den Druck-

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bedingungen, die im Gehäuse 56 herrschen, axial zu bewegen. Wenn ein Unterdruck angelegt wird, so wird der Kolben 60 nach oben bei der Darstellung in Fig. 6 bewegt und zwar gegen die Vorspannung, die durch die Feder 58 erzeugt wird. Dabei legt sich der verbreiterte Schaftabschnitt 44 gegen den Federring 45 an und bewirkt, daß dieser, wie in Fig. 2 gezeigt, sich nach oben verbiegt. Gleichzeitig wird die Ventilsitzfläche 40 in Sitzanlage gegen den Ventilsitz. 42 im Gehäuse gebracht. Wenn ein Übertemperaturzustand festgestellt ist, wird nicht mehr länger ein Unterdruck zugeführt und die Feder 58 drückt den Kolben in die in Fig. 6 dargestellte Stellung, wobei die Sitzfläche 4l gegen den Sitz angelegt wird, der durch den Ventilsitzring 52 gebildet wird, wie es. Fig. 5 zeigt. Wenn ein Ausfall im Vakuumsystem oder Unterdrucksystem stattfindet, wird die Ventilgruppe automatisch in die Bypaß-Stellung gebracht und dadurch wird der Konverter geschützt.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß durch die Erfindung ein positiv wirkender Ventilmechanismus geschaffen wird, der keine mit hoher Präzision bearbeiteten Teile oder enge Toleranzen erforderlich macht.

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Claims

Patentansprüche

ί 1J Doppelt wirkende Ventilbaugruppe, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, welches zwei Einlaßöffnungen und eine Auslaßöffnung aufweist, einen ersten Ventilsitzring, der in einer der Einlaßöffnungen vorgesehen ist, wobei dieser erste Ventilsitzring begrenzte radiale und axiale Bewegungen durchführen kann, einen flexiblen zweiten Ventilsitzring, der der anderen Einlaßöffnung zugeordnet ist, einen Ventilschaft, der einen Ventilkopfabschnitt aufweist, der so ausgebildet ist, daß er sich gegen den ersten Ventilsitzring anlegen kann, wobei der Ventilschaft einen verbreiterten Abschnitt im axialen Abstand von dem Kopfabschnitt hat und so angeordnet und ausgebildet ist, daß er sich in Dichtungsanlage gegen den zweiten Ventilsitzring bei einer axialen Bewegung des Ventilschaftes anlegen kann.

2. Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Ventilsitzfläche aufweist, gegen die sich der Ventilkopf anlegt, wenn der verbreiterte Abschnitt des Schaftes gegen den zweiten Ventilsitzring anliegt.

3. Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilsitzring aus einem federartigen Material besteht, welches sich bei einer Anlage des verbreiterten Abschnittes des Ventilsitzringes elastisch bewegen kann.

Ί. Ventilbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ventilsitzring einen konischen oder abgeschrägten inneren Umfang aufweist und daß der verbreiterte Abschnitt eine kegelstumpfförmige Fläche aufweist, die so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie sich gegen den konischen inneren Umfang anlegen kann.

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5. Doppelt wirkende Ventilbaugruppe, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, eine Ventilschaftführung, die in dem Gehäuse ausgebildet ist, ein Ventil, welches einen Schaftabschnitt aufweist, der gleitbar in der Ventilschaftführung angeordnet ist, einen flexiblen Federring, der in dem Gehäuse dicht bei der Ventilschaft führung angeordnet ist, wobei der Ventilschaft einen verbreiterten Abschnitt aufweist, der derart angeordnet und ausgebildet ist, daß er sich gegen"diesen Federring anlegen und diesen verbiegen kann, wodurch eine Dichtungsanlage in einer Stellung des Ventilgliedes erfolgt, wobei das Ventil einen Kopfabschnitt hat, der zwei Ventilsitzflächen aufweist und wobei das Gehäuse einen Ventilsitz aufweist, der derart angeordnet ist, daß eine der Ventilsitzflächen sich in der einen Stellung gegen diesen Sitz anlegt und wobei ein Ventilsitzring innerhalb des Gehäuses gehalten ist und derart angeordnet und ausgebildet ist, daß sich die andere Ventilsitzfläche in einer zweiten Stellung des Ventils gegen diesen Sitzring anlegt.

6. Ventilbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzring lose innerhalb des Gehäuses aufgenommen ist und eine begrenzte axiale und radiale Bewegung durchführen kann.

7. Ventilsitzbaugruppe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Betätigungsschaft vorgesehen ist und daß Befestigungseinrichtüngen vorgesehen sind, mit denen der Betätigungsschaft mit dem Ventilschaft verbunden sind und zwar derart, daß ein radiales Spiel zwischen diesen beiden vorhanden ist..

8. Ventilbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring einen abgeschrägten oder konischen inneren Umfang aufweist und daß der verbreiterte Abschnitt eine kegelstumpfförmige Fläche hat, die derart angeordnet und ausgebildet ist, daß sich diese gegen den abgeschrägten inneren Umfang mit einem Dichtungseingriff anlegt.

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