DE2315549C3 - Wechselventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wechselventil mit einem Gehäuse mit zwei Einlaßöffnungen und einer Auslaßöffnung, mit einem ersten Ventilsitz in einer Einlaßöffnung und einem zweiten Ventilsitz in der anderen Einlaßöffnung und mit einer Ventilschaftführung, die den Ventilschaft eines Ventilverschlußteils gleitbar aufnimmt, wobei das Ventilverschlußteil einen Ventilteller mit zwei Dichtflächen aufweist, von denen die erste Dichtfläche in Dichtungsanlage gegen den ersten Ventilsitz gelangen kann und die zweite Dichtfläche sich im Abstand von dem zweiten Ventilsitz befindet, wenn sich das Ventil in einer ersten Stellung befindet, und von denen ferner die zweite Dichtfläche in Dichtungsanlage gegen den zweiten Ventilsitz in einer zweiten Ventilstellung gelangen kann, wobei der Ventilschaft einen verbreiterten Abschnitt in axialem Abstand vom Ventilteller aufweist, der an einen dritten Ventilsitz in der ersten Stellung des Wechselventils anliegt.

Ein derartiges Wechselventil ist aus der DT-PS 60 699 bekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Wechselventil dieser Art zu vermeiden, daß der Ventilschaft in seiner Führung bei hohen Temperaturen oder infolge Eindringens von fein zerteilten Partikeln in den Führungsbereich hängenbleibt, in hohem Maße Wärme vom Ventil auf die Betätigungseinrichtungen übertragen wird, und das Ventil verteuernde enge Herstellungstoleranzen eingehalten werden müssen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Innenwand einer Gehäusebohrung die als Ventilschaftführung dient, und dem äußeren Umfang des Ventilschaftes Spiel vorhanden ist, daß der zweite Ventilsitz ein Ring ist, der eine begrenzte axiale und radiale Bewegung ausführen kann, und daß der dritte Ventilsitz ein flexibler federartiger Ring ist, der bei der

ίο Bewegung des Wechselventils aus; der zweiten in die erste Stellung durch den verbreiterten Abschnitt des Ventilschaftes elastisch verbiegbar ist.

Mit Vorteil kann ein derartiges Wechselventil billig und leicht hergestellt werden und in Fällen verwendet

werden, bei denen bekannte Wechselventile nicht ohne Schwierigkeiten verwendet werden können, z. B. zum Umschalten von Abgasen von Brennkraftmaschinen von einem katalytischen Konverter direkt zum Auspufftopf bei Übertemperaturen.

Auf dem Gebiet des Ventilbaues ist es ganz allgemein aus der GB-PS 10 04 041 bekannt, zum Ausgleich einer gegenseitigen seitlichen Versetzung der Spindelachse und Bohrungsachse einen seitlich verschiebbaren Sitzring vorzusehen. Ferner ist aus der US-PS 27 41 264 bekannt, bei Ventilen Sitz- und Dichtringe vorzusehen, die sowohl Differenzen im axialen Abstand als auch seitliche Versetzungen zwischen den Absperrteilen ausgleichen können.

Mit besonderem Vorteil kann der dritte Ventilsitzring einen konischen inneren Umfang aufweisen, gegen den sich die ebenfalls kegelstumpfförmige Dichtfläche des verbreiterten Abschnitts anlegen kann.

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

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine, bei dem ein Wechselventil nach der Erfindung verwendet wird,

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

F i g. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie III-IHdei 2,

F i g. 4 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie IV-IV der F ig. 2,

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

Fig.6 eine Schnittansicht einer pneumatischen Betätigungseinrichtung, die zusammen mit dem erfindungsgemäßen Wechselventil 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 Bypaßleitung 13. Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine werden die Abgase in den katalytischen Konverter 12 eingeführt, wo diese durch ein Bett eines oxydierenden Katalysators hindurchgeführt werden, das beispielsweise aus einem oder mehreren Metallen oder Metalloxyden gebildet wird, die die

<*S Fähigkeit haben, Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoff in Kohlendioxyd und Wasser umzuwandeln. Im normalen Betrieb strömen die behandelten Abgase in Richtung der voll ausgezogenen Pfeile und

gelangen durch eine Öffnung 14 in eine Leitung 15 und durch einen Auspufftopf 16 über eine Leitung 17 in die Atmosphäre.

Ein Temperaturfühler, 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 Leitunger, 20 und 21 zugeführt. Die Steuerung 19 ist über Leitungen 22 und 23 mit einem Betätiger 24 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 Wechselventils 25 steuert, welches einen Schaft 26 und ein Ventilverschlußtei! aufweist, der einen Ventilteller mit zwei Dichtflächen 27 und 28 hat. Im normalen Betrieb liegt die Dichtfläche 27 gegen einen Ventilsitz 29, so daß die Abgase in der BypaßJeitung 13 daran gehindert werden, in den Auspufftopf 16 einzutreten. Wenn jedoch das Thermoelement 18 eine vorbestimmie hohe Temperatur in dem Katalysatorbett feststellt, was eine Anzeige für überschüssige Mengen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen ist, betätigt ein Signal von der Steuerung 19 den Betätiger 24, um das Wechselventil 25 nach unten zu bewegen, damit die Dichtfläche 28 in Anlage gegen den Ventilsitz 30 gelangt. In diesem Zustand können die Abgase durch die Bypaßleitung 13 in den Auspufftopf 16 strömen, während der Ausgang des katalymehen Konverters 12 abgesperrt ist und zwar durch die Dichtungsanlage der Dichtfläche 28 gegen den Ventilsitz 30.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Wechselventils ist in den Fig. 2 bis 5 dargestellt. In Fig. 2 ist ein Gehäuse 31 dargestellt, welches eine Bohrung 32 aufweist, die eine Einlaßöffnung 33 für die Bypaßleitung 13 bildet, und ferner ist eine Bohrung 34 vorgesehen, die eine Auslaßöffnung 35 bildet, die zum Auspufftopf 16 führt. Das Gehäuse weist ferner einen Ansatz 36 auf, in dem eine Gehäusebohrung 37 angeordnet ist. Diese Gehäusebohrung 37 bildet eine Ventilschaftführung für den Ventilschaft 38 eines Wechselventils. Wie Fig.2 zeigt, kann ein geringes Spiel zwischen der Wand der Gehäusebohrung 37 und dem äußeren Umfang des Ventilschaftes 38 vorgesehen sein, um die Wärmeübertragung zwischen dem Ventilschaft und der Ventilschaftführung zu vermindern und um eine freie Bewegung des Ventilschaftes 38 in der Gehäusebohrung 37 sicherzustellen.

Das Wechselventil weist ein Ventilverschlußteil 39 auf, welches einen Ventilteller hat, an den zwei Dichtflächen 40 und 41 ausgebildet sind. Die Dichtfläche 40 ist so angeordnet, daß sie sich gegen einen Ventilsitz 42 anlegen kann, wenn sich das Wechselventil 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 eine kegelstumpfförmige Dichtfläche 44 hat, die so angeordnet und ausgebildet ist, daß sich diese gegen einen als Ventilsitz dienenden flexiblen federartigen Ring 45 anlegen kann. Wie Fig.5 zeigt, weist der Ventilsitzring 45 einen konischen inneren Umfang 46 auf, der so ausgebildet ist, daß sich gegen diesen die kegelstumpfförmige Dichtfläche 44 anlegen kann. Dies bewirkt eine Verbiegung des Ventilsitzringes 45, wie es in Fig.2 gezeigt ist. Der Ventilsitzring 45 wird innerhalb des Wechselventils mittels eines Halterung«; ringes 47 gehalten.

Der Ventilsitzring 45 dichtet die Ventilschaftführung gegen den Gasdruck in der BypaÜleitung 13 ab, wenn die aus dem Konverter ausiretenden Gase in den Auspufftopf geleitet werden. Diese Dichtung verhindert ein Durchsickern von fein zerteilten Teilchen oder Gasen durch die Ventilschaftführung, was dazu führen könnte, daß das Ventil im Gehäuse hängenbleibt. Um eine direkte Wärmeleitung vom Ventilschaft 38 zu einer Betätigungsstange 48 auf ein Minimum herabzusetzen, wird zur Verbindung eine Haarnadelfeder 49 verwendet, die in einer Nut 50 im Ventilschaft 38 liegt, wobei ein entsprechender Schlitz 51 in der Betätigungsstange 48 vorgesehen ist, wie es Fig. 3 zeigt. Eine derartige Befestigung schaltet gegeneinander anliegende Grenzflächen zwischen dem Ventilschaft und der Betätigungsstange aus.

In der in Fig. 5 dargestellten Stellung des Wechselventils, d. h. in der Bypaßbetriebsstellung, in der Abgase direkt zum Auspufftopf geführt werden, ohne daß sie durch den Konverter hindurchgehen, sitzt die Dichtfläche 41 an einem Ventilsitzring 52. Dieser Ventilsitzring 52 hat einen konischen inneren Umfang 53, wie es F i g. 2 zeigt. Der Ventilsitzring 52 ist lose innerhalb einer Aussparung 54 aufgenommen, so daß er eine begrenzte axiale und radiale Bewegung durchführen kann. Dies erlaubt ein verhältnismäßig großes Spiel zwischen Ventilschaft und der Ventilschaftführung, welches zur Verhinderung eines Hängenbleibens von Vorteil ist. Da der Ventilsitzring 52 sowohl axial als auch ^radial in einem begrenzten Ausmaß beweglich ist, kann sich dieser gegenüber der Dichtfläche 41 selbstzentrieren, selbst dann, wenn eine geringe Fehlfluchtung vorliegt, und dadurch wird diese Einlaßöffnung, die mit der Leitung 55 verbunden ist, die vom Konverter kommt, abgesperrt.

Ein Betätiger für das Wechselventii ist in Fig.6 dargestellt. Es ist ein Gehäuse 56 gezeigt, welches eine Bohrung mit Innengewinde 57 aufweist, über die eine Verbindung mit einer Unterdruckquelle hergestellt werden kann. Eine Schraubenfeder 58 weist ein Ende auf, das sich gegen die obere Wand des Gehäuses anlegt. Das andere Ende dieser Schraubenfeder wird von einer Ringschulter 59 aufgenommen, die einen Teil eines Kolbens 60 bildet. Ein Dichtungsring 61 ist vorgesehen, um den Kolben gegen die Wand 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 64 weist eine Nut 65 auf, die in den Schlüssellochschlitz eingesetzt werden kann, um den Schaft gemäß den Druckbedingungen, die im Gehäuse 56 herrschen, axial zu bewegen. Wenn ein Unterdruck angelegt wird, so wird der Kolben 60 bei der Darstellung in F i g. 6 nach oben bewegt und zwar gegen die Vorspannung, die durch die Feder 58 erzeugt wird. Dabei legt sich die Dichtfläche 44 gegen den Ventilsitzring 45 an und bewirkt, daß dieser, wie in F i g. 2 gezeigt, sich nach oben verbiegt. Gleichzeitig wird die Dichtfläche 40 in Sitzanlage gegen den Ventilsitz 42 im Gehäuse gebracht. Wenn ein Übertemperaturzustand festgestellt ist, wird ein Unterdruck nicht mehr langer zugeführt, und die Feder 58 drückt den Kolben in die in F i g. 6 dargestellte Stellung, wobei die Dichtfläche 41 gegen den Ventiisitzring 52 angelegt wird, wie es F i g. 5 zeigt. Wenn ein Ausfall im Vakuumsystem oder Unterdruck-

system stattfindet, wird das Wechselventil automatisch in die Bypaßstellung gebracht und dadurch wird der Konverter geschützt.

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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wechselventil mit einem Gehäuse mit zwei Einlaßöffnungen und einer Auslaßöffnung, mit einem ersten Ventilsitz in einer Einlaßöffnung und einem zweiten Ventilsitz in der anderen Einlaßöffnung und mit einer Ventilschaftführung, die den Ventilschaft eines Ventilverschlußteils gleitbar aufnimmt, wobei das Ventilverschlußteil einen Ventilteller mit zwei Dichtflächen aufweist, von denen die erste Dichtfläche in Dichtungsanlage gegen den ersten Ventilsitz gelangen kann und die zweite Dichtfläche sich im Abstand von dem zweiten Ventilsitz befindet, wenn sich das Ventil in einer ersten Stellung befindet, und von denen ferner die zweite Dichtfläche in Dichtungsanlage gegen den zweiten Ventilsitz in einer zweiten Ventilstellung gelangen kann, wobei der Ventilschaft einen verbreiterten Abschnitt in axialem Abstand vom Ventilteller aufweist, der an einen dritten Ventilsitz in der ersten Stellung des Wechselventils anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenwand einer Gehäusebohrung (37), die als Ventilschaftführung dient, und dem äußeren Umfang des Ventilschaftes (38) Spie! vorhanden ist, daß der zweite Ventilsitz ein Ring (52) ist, der eine begrenzte axiale und radiale Bewegung ausführen kann, und daß der dritte Ventilsitz ein flexibler federartiger Ring (45) ist, der bei der Bewegung des Wechselventils aus der zweiten in die erste Stellung durch den verbreiterten Abschnitt (43) des Ventilschaftes (38) elastisch verbiegbar ist.

2. Wechselventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Ventilsitznng (45) einen konischen inneren Umfang (46) aufweist, gegen den sich die ebenfalls kegelstumpfförmige Dichtfläche (44) des verbreiterten Abschnitts anlegen kann.