DE2653804A1 - VALVE FOR REGULATING THE FLOW OF HOT FLUIDS - Google Patents
VALVE FOR REGULATING THE FLOW OF HOT FLUIDSInfo
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Description
HOPPAf Aim - KiTIJS & PAHTNER 2653804HOPPAf Aim - KiTIJS & PAHTNER 2653804
Λϊ ^Ö^JaK?LAST«ASSE 4 JSirEKlNIHASIS» - TELEFON {··*!) MIM? - TELEX K-2M»Λϊ ^ Ö ^ JaK? LAST «ASSE 4 JSirEKlNIHASIS» - TELEPHONE {·· *!) MIM? - TELEX K-2M »
Exxon Research and EngineerIng Company, Linden, W. «J. / USA.Exxon Research and EngineerIng Company, Linden, W. «J. / UNITED STATES.
Ventil zum Regulieren der Strömung von hexssen FluldenValve for regulating the flow of hexesal floods
Die Erfindung betrifft, ein Ventil zusa Regulieren der Strö— mang von heissen Flialden. Die Erfindung betrifft insbe— sondere,, jedocla nicht ausschliessllch,. ein Ventil zum Regulieren des heissen Abgases W5n Verbrennungsiiiiotoren: das Ventil wird nachfolgend iinter Beziagnatene amf die letztgenannte Anwendiaiiig beschrieben, doch versteht es sich» dass es amen andere Fonnktlonen ^omehmien kann.The invention relates to a valve for regulating the flow lack of hot Flialden. The invention relates in particular to special, but not exclusive. a valve to regulate of the hot exhaust gas W5n combustion engines: the valve In the following, the last-mentioned application will be used in connection with Beziagnatene described, but it is understood »that it amen other Fonnktlonen ^ omehmien.
Eeaktoren znam Meinigen von Msgas von Verbrennungsmotoren sind während des Einsatzes gelegentlich den Auswirkungen von jähen oder nicht normalen Motorarbeltsbedingungen ausgesetzt» die die Wirksamkeit der Reaktoren nachteilig beeinflussen können Cζ-B- wenn der Motor mit hoher Leistung arbeitet oder wennEeactors znam mine of Msgas from internal combustion engines are occasionally exposed to the effects of abrupt or abnormal engine working conditions the effectiveness of the reactors can adversely affect Cζ-B- when the engine is operating at high power or when
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ein übermässiger Abgasausstoss, übermässige Abgastemperaturen, eine Fehlzündung des Treibstoffes, verbrannte Ausstossventile, nicht genaues Verhältnis von Treibstoff zu Luft und dgl. vorliegen) . Solche Umstände können den Reaktor nachteilig beeinflussen, und zwar unabhängig davon, ob es sich um einen thermischen oder katalytischen Reaktor handelt.excessive exhaust gas emissions, excessive exhaust gas temperatures, there is a misfire of the fuel, burnt exhaust valves, imprecise ratio of fuel to air and the like) . Such circumstances can adversely affect the reactor, regardless of whether it is a thermal one or catalytic reactor.
Das erfindungsgemässe Ventil ist insbesondere, wenn auch nicht ausschliesslich, geeignet, um die Strömung von heissem Abgas durch einen Abgasreinigungsreaktor zu regulieren.The valve according to the invention is in particular, albeit not exclusively, suitable for regulating the flow of hot exhaust gas through an exhaust gas cleaning reactor.
Das erfindungsgemässe Ventil zeichnet sich aus durch einen metallischen Ventilgrundkörper, der eine im wesentlichen kreisförmige Bohrung für die Fluidströmung durch das Ventil bildet, eine kreisförmige Ausnehmung oder Nut, die um die Bohrung im Ventilgrundkörper angeordnet ist1, ein im wesentlichen kreisförmiges metallischen Ventilelement mit einem Durchmesser, der etwas kleiner als der Durchmesser der Bohrung ist, eine Einrichtung zur drehbaren Befestigung des Ventilelementes in der Bohrung, wobei das Ventilelement um einen Durchmesser der Bohrung drehbar ist, der die Ausnehmung schneidet, und wenigstens ein teilkreisförmiges federndes metallisches Element, das teilweise in der Ausnehmung sitzt und teilweise radial aus der Ausnehmung in die Bohrung hineinragt, wobei die radiale Aussenkante des Ventilelementes in Eingriff mit der radialen Innenfläche des metallischen Elementes treten kann, um im wesentlichen eine Dichtung zu schaffen, wenn das Ventilelement in eine Stellung gedreht wird, bei der es die Bohrung verschliesst. The valve according to the invention is characterized by a metallic valve body which forms an essentially circular bore for the fluid flow through the valve, a circular recess or groove which is arranged around the bore in the valve body 1 , a substantially circular metallic valve element with a diameter , which is slightly smaller than the diameter of the bore, means for rotatably securing the valve element in the bore, the valve element being rotatable about a diameter of the bore which intersects the recess, and at least one part-circular resilient metallic element which is partially in the The recess is seated and partially protrudes radially out of the recess into the bore, the radial outer edge of the valve element being able to engage the radially inner surface of the metallic element to essentially create a seal when the valve element is rotated into a position ird, in which it closes the hole.
Die Befestigungseinrichtung kann ein Schwenkelement an jeder diametral gegenüberliegenden Seite des Ventilelementes aufweisen, wobei ein Schwenkelement mit dem Ventilelement zumThe fastening device can have a pivot element on each diametrically opposite side of the valve element, wherein a pivot element with the valve element for
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Drehen von letzterem verbunden ist. Das eine Schwenkelement erstreckt sich vorzugsweise radial nach aussen durch eine radiale öffnung in der Ausnehmung und dem Ventilgrundkörper, so dass es ausserhalb des Ventilgrundkörpers zugänglich ist. Das andere Schwenkelement ist vorzugsweise in der Ausnehmung und dem Ventilgrundkörper, z.B. in einer geeigneten Öffnung oder Bohrung, aufgenommen.Rotating the latter is connected. The one pivot element extends preferably radially outwards through a radial opening in the recess and the valve base body, so that it is accessible outside the valve body. The other pivot element is preferably in the recess and the valve body, e.g. in a suitable opening or bore.
Das teilkreisförmige federnde Element besteht vorzugsweise aus einem bogenförmigen Element an jeder diametral gegenüberliegenden Seite der Schwenkelemente, wobei jedes bogenförmige Element eine Bogenlänge aufweist, die im wesentlichen gleich der Bogenlänge der betreffenden Ausnehmung zwischen den Schwenkelementen ist. Vorzugsweise stellen die Schwenkelemente radial vorstehende Teile von einem Torsionselement oder einer Spindel dar, die in einer Bohrung des Ventilelementes aufgenommen ist und mit dem Ventilelement in Eingriff steht.The part-circular resilient element preferably consists of an arcuate element on each diametrically opposite one Side of the pivoting elements, each arcuate element having an arc length substantially equal the arc length of the relevant recess between the pivot elements is. The pivoting elements preferably provide radially protruding parts from a torsion element or a spindle which is received in a bore of the valve element and is in engagement with the valve element.
Die radiale Aussenkante des Ventilelementes ist vorzugsweise in einem Axialquerschnitt gekrümmt, so dass sie mit der radialen Innenfläche des federnden metallischen Elementes in schabender Weise zusammenwirkt, wenn das Ventilelement in und aus seiner, die Grundkörperbohrung verschliessenden Stellung bewegt wird, so dass Ablagerungen, die sich an den zusammenwirkenden Dichtflächen bilden können, entfernt werden.The radial outer edge of the valve element is preferably curved in an axial cross-section so that it is with the radial Inner surface of the resilient metallic element cooperates in a scraping manner when the valve element in and is moved out of its position closing the base body bore, so that deposits that adhere to the cooperating Sealing surfaces can be removed.
Die radiale Tiefe der Nut oder Ausnehmung ist vorzugsweise wenigstens gleich der radialen Dicke des federnden Elementes und kann auch grosser als dessen Dicke sein.The radial depth of the groove or recess is preferably at least equal to the radial thickness of the resilient element and can also be greater than its thickness.
Der Ventilgrundkörper besteht vorzugsweise aus zwei voneinander trennbaren Teilen, wobei jeder Teil einen Teil der Ausnehmung oder Nut bildet. Ein oder beide Teile des Grundkörpers könnenThe valve base body preferably consists of two parts which can be separated from one another, each part being a part of the recess or groove forms. One or both parts of the main body can
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radial nach innen vorstehen, um die Bildung von apf dem federnden Element zu verringern tind die von irgendwelchen derartigen Ablagerungen von der Kannte Ventilelementes zu erleichtern, wenn letzteres in ramö ams seiner Ventilschliesstellung bewegt wird.protruding radially inward to prevent the formation of apf to reduce the resilient element tind the of any such deposits from the acquaintance To facilitate valve element, if the latter in ramö ams its valve closed position is moved.
Erf indungsgemäss ist weiter eine Kombination aus eimern ¥em1bil vorbeschriebenen Aufbaues mit einer Abgasleitung vcaaa eimern Verbrennungsmotor vorgesehen, die sicli dadurch aiaszeictoaet:w dass das ..Ventil .mit der Abgasleitung verbunden ist imd die Msgasleitung einen. Äbgasreinigungsreaktor aufweist, bei dem es sixelk entweder um einen thermischen oder katalytischen Meaktor kann. Das Ventil ist vorzugsweise Mit der Leitung tig des Reaktors verbunden, um zu verhindern, dass dear sehr heissem Gas ausgesetzt wird. Vorzugsweise ist weiter elime Bypassleitung so angeschlossen, dass sie das Gas vom der jßfo— gasleitung aufstromseitig des Reaktors aufnimmt und araslSssst^ wenn das Ventil geschlossen ist. Die Bypassleitung ist wasiczugsweise mit einem Bypassteuerventil versehen, bei dem es sich um ein Ventil vorgenannten Aufbaues handeln kamm* manual dasAccording to the invention, a combination of buckets ¥ em1bil the above-described structure with an exhaust pipe vcaaa buckets internal combustion engine is provided, which sicli thereby aiaszeictoaet: w that the valve is connected to the exhaust pipe and the gas pipe is one. Has exhaust gas cleaning reactor, in which it can sixelk either a thermal or a catalytic meactor. The valve is preferably connected to the line tig of the reactor in order to prevent exposure of the very hot gas. Preferably, the bypass line is also connected in such a way that it receives the gas from the gas line upstream of the reactor and stops it when the valve is closed. The bypass line is preferably provided with a bypass control valve, which is a valve of the aforementioned structure
ti Bypassventil kann so angeordnet werden, dass es geofffimeit masse " geschlossen vorliegt, wenn das Ventil der Äbgasleitaamg «pe— schlossen bzw. geöffnet wird: die beiden Ventile--'simd soaniLt: mm 90 phasen-versetzt und mechanisch miteinander gekoppelt:. ti bypass valve may be arranged so that it mass geofffimeit "closed exists when the valve of the Äbgasleitaamg closed" PE or is opened: the two valves - 'SIMD soaniLt: mm 90 phase-shifted and mechanically coupled to each other :.
Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgemfl aAamd der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is given below the drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Qoerschnittsansicht von einem erfiiadjEurngsgenSss aaaff gebauten Ventil im geöffneten Sustand bei BefcEactefaMg längs der Ebene A-A nach Fig. I3 Fig. 1 is a Qoerschnittsansicht by a erfiiadjEurngsgenSss the plane aaaff assembled valve in the open Sustand at BefcEactefaMg along AA of FIG. I 3
Fig. 2 eine Querschnittsansicht bei Betrachtung lämgs der Ebene B-B nach Fig. 1,Fig. 2 is a cross-sectional view as viewed along the Level B-B according to Fig. 1,
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Fig.' 3 eine Querschnittsansicht längs der Ebene A -A nach Fig. 4 bei geschlossenem Ventil, undFig. ' 3 shows a cross-sectional view along the plane A -A according to FIG. 4 with the valve closed, and
Fig. 4 eine Querschnittsansicht längs der EbeneFigure 4 is a cross-sectional view along the plane
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B -B nach Fig. 3.1 1
B -B according to Fig. 3.
Das in der Zeichnung gezeigte Ventil zum Regulieren der Abgasströmung durch einen thermischen oder katalytischen Reinigungsreaktor weist einen ringförmigen Grundkörper 1 auf, der aus zwei trennbaren Teilen 2, 3 besteht, die hauptsächlich an einer Bruchlinie 4 zueinander ausgerichtet sind. Die Teile 2, 3 bilden eine ringförmige Ausnehmung oder Nut 12 um eine zentrale radiale Ebene (z.B. die Ebene A-A in Fig. 2). Zwei federnde oder nachgiebige metallische ringförmige Teile (z.B. Gusseisen- oder Kolbenringe) 5, 6 sind teilweise in der Ausnehmung 12 aufgenommen. Die Teile 2, 3 besitzen diametral einander gegenüberliegende radiale Öffnungen, in denen Teile einer drehbaren Spindel 7 aufgenommen sind. Eine geeignete Dichtung z.B. aus Asbest, ist in einem Stopfbüchsenbereich der Öffnungen angeordnet, um einen Leckaustritt von Gas zu verhindern. Die ringförmigen Teile 5, 6 erstrecken sich jeweils um eine Bogenlänge um die Ausnehmung 12, die im wesentlichen gleich der verbleibenden Länge ist, wenn die Spindel 7 aufgestellt ist. Des weiteren wollen die ringförmigen Teile 5, 6 teilweise aus der Ausnehmung unter ihrer Federkraft ausfedern. Ein kreisförmiges Ventilelement oder eine Scheibe 8 ist auf der Spindel 7 angeordnet und damit über Madenschrauben 13 verbunden. Der maximale Durchmesser der Scheibe 8 ist etwas kleiner als der Durchmesser der Bohrung durch den Ventilgrundkörper 1. Die Scheibe 8 besitzt eine gekrümmte Kante 9, um bei fortschreitender Aussereingriffnahme mit den radialen inneren Oberflächen 10, 11 der ringförmigen Teile 5, 6 eine gleitende und schabende Wirkung hervorzurufen. Die ring-The valve shown in the drawing for regulating the flow of exhaust gas through a thermal or catalytic Purification reactor has an annular base body 1, which consists of two separable parts 2, 3, which mainly are aligned with one another at a break line 4. The parts 2, 3 form an annular recess or groove 12 about a central radial plane (e.g. plane A-A in Figure 2). Two resilient or resilient metallic ring-shaped parts (e.g. cast iron or piston rings) 5, 6 are partially received in the recess 12. The parts 2, 3 have diametrically Opposite radial openings in which parts of a rotatable spindle 7 are received. A suitable one Asbestos seal, for example, is placed in a gland area of the openings to prevent gas leakage impede. The annular parts 5, 6 each extend by an arc length around the recess 12, which is substantially is equal to the remaining length when the spindle 7 is set up. Furthermore, want the ring-shaped parts 5, 6 partially rebound out of the recess under their spring force. A circular valve element or disc 8 is arranged on the spindle 7 and connected to it via grub screws 13. The maximum diameter of the disc 8 is slightly smaller than the diameter of the bore through the valve body 1. The disc 8 has a curved edge 9 to, as the disengagement progresses with the radial inner surfaces 10, 11 of the annular parts 5, 6 to produce a sliding and scraping effect. The ring-
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förmigen Teile sind so geformt, dass, wenn die Scheibe 8 voll mit den Teilen in ihrer geschlossenen Stellung in Wirkverbindung steht, die Teile federnd in die Ausnehmung 12 verformt werden und sich elastische Kräfte entwickeln, die durch die nach innen gerichteten Pfeile gemäss Fig. 1 angedeutet sind. Diese elastischen Kräfte halten im wesentliche eine Dichtung längs des ümfanges der Scheibe aufrecht £. wie dies aus Fig. 3 und 4 hervorgeht. Die gleitende und schabende Bewegung der Kante 9 der Scheibe 8 über die Flächen 10 und 11 der ringförmigen Teile entfernt Ablagerungen an den Dichtflächen. Die Teile 2, 3 besitzen gekrümmte innere Oberflächen, um der Scheibe 8 eine relativ freie Drehbarkeit zu verleihen. Irgendwelche gröbere Ablagerung auf der Scheibenkante 9 oder auf diesen Flächen wird entfernt, wenn sich die Scheibe in Richtung auf und weg von ihrer Ventilschliessstellung dreht. Vorzugsweise sind die axialen Enddurchmesser des Ventilgrundkörpers etwas kleiner als der Durchmesser der Abgasleitung, an der das Ventil befestigt wird, um eine Bildung von Ablagerungen auf den gekrümmten Flächen von Scheibe 8 und Teile 2, 3 zu verhindern. Die Ausnehmung 12 ist in geeigneter Weise in bezug auf die ringförmigen Teile 5, 6 so bemessen, dass der thermischen Expansion der Ventilbauteile Rechnung getragen wird. Die Breite der Ausnehmung ist so, dass die ringförmigen Teile 5, 6 darin eng einsitzen, so dass eine Gasströmung durch die Ausnehmung und die Bildung von Ablagerungen in dieser im wesentlichen verhindert wird, da solche Ablagerungen anderenfalls die federnde Radialverformung der ringförmigen Teile 5, 6 in die Ausnehmung 12 bei Schliessen des Ventils beeinträchtigen könnten. In Regionen angrenzend an die Spindel, z.B. in der Region 15 nach Fig. 3, können die ringförmigen Teile 5, 6 federnd in Berührung mit dem Boden der Ausnehmung 12 verformt sein, wenn das Ventil geschlossen ist. Während der fortschreitenden radialen Aus-shaped parts are shaped so that when the disc 8 is fully in operative connection with the parts in their closed position, the parts resiliently into the recess 12 are deformed and elastic forces develop, which are indicated by the inwardly directed arrows according to FIG. 1 are indicated. These resilient forces essentially maintain a seal along the perimeter of the disc £. as can be seen from FIGS. 3 and 4. The sliding and scraping movement of the edge 9 of the disc 8 over the surfaces 10 and 11 of the annular members removes debris on the sealing surfaces. The parts 2, 3 have curved inner surfaces so that the disk 8 can rotate relatively freely to rent. Any coarser deposit on the edge of the window 9 or on these surfaces is removed as the disc moves towards and away from its valve closed position turns. Preferably, the axial end diameter of the valve body are slightly smaller than the diameter of the Exhaust pipe to which the valve is attached to prevent the formation of deposits on the curved surfaces of the disc 8 and parts 2, 3 to prevent. The recess 12 is suitable with respect to the annular parts 5,6 dimensioned so that the thermal expansion of the valve components is taken into account. The width of the recess is such that the annular parts 5, 6 fit snugly therein, allowing gas to flow through the recess and the formation of deposits in this is essentially prevented, since such deposits would otherwise cause the resilient radial deformation of the annular parts 5, 6 in the recess 12 when the valve is closed. In regions adjacent to the spindle, e.g. in region 15 of Fig. 3, can the annular parts 5, 6 resiliently in contact with the bottom of the recess 12 may be deformed when the valve closed is. During the progressive radial expansion
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wärtsbewegung der ringförmigen Teile 5, 6 entsteht eine schabende Wirkung an den radialen Wänden der Ausnehmung 12, wodurch die ringförmigen Teile 5, 6 gereinigt werden. Ausser den nachgiebigen ringförmigen' Teilen und der Dichtung um die Spindel 7 besteht das Ventil vorzugsweise aus Edelstahl.downward movement of the annular parts 5, 6 is created scraping effect on the radial walls of the recess 12, whereby the annular parts 5, 6 are cleaned. Except for the resilient ring-shaped parts and the seal Around the spindle 7, the valve is preferably made of stainless steel.
Bei einer nicht gezeigten Art der Verwendung des Ventiles sind zwei solcher Ventile mit den abstromseitigen Enden von betreffenden Abgasleitungen verbunden, wobei die erste Abgasleitung einen Abgasreinigungsreaktor (vorzugsweise katalytischer Bauart) aufweist und die andere Abgasleitung eine Bypassleitung ist, die mit der ersten Leitung aufstromseitig des Reaktors verbunden ist. Die Spindeln 7 der Ventile sind mechanisch so miteinander gekoppelt, dass sie um 90 phasenversetzt sind, wobei die mechanische Verbindung vom Vakuum im Motoreinlassverteiler betätigt wird.In one type of use of the valve, not shown, there are two such valves with the downstream ends connected by relevant exhaust pipes, the first exhaust pipe being an exhaust gas purification reactor (preferably catalytic design) and the other exhaust line is a bypass line which is upstream with the first line of the reactor is connected. The spindles 7 of the valves are mechanically coupled to one another so that they around 90 out of phase with the mechanical connection operated by the vacuum in the engine inlet manifold.
Das Verteilervakuum steht über ein Einwegeventil mit einer Kammer in Verbindung, die über ein Steuerventil mit einem Kraftzylinder verbindbar ist. Das Steuerventil sperrt normalerweise die Kammer gegenüber dem Kraftzylinder ab und verbindet diese mit dem Atmosphärendruck. Der Zylinder besitzt einen Kolben, an dem die mechanische Kopplung oder Verbindung der Spindel befestigt ist. Eine Druckfeder drückt den Kolben zu einem Ende des Zylinders, so dass während eines normalen Arbeitszustandes des Motors das Abgas durch die erste Leitung und den Reaktor strömt, während die Bypassleitung verschlossen ist. Während nicht normaler Arbeitsbedingungen treten Abgasverhältnisse auf, die für den Reaktor schädlich sein können. Unter solchen Bedingungen wird das Steuerventil so eingestellt, dass die Verbindung von Zylinder mit Aussenatmosphäre unterbrochen und der Zylinder mit der Vakuumkammer verbunden wird, so dass sich der Kolben gegen die Kraft der Druckfeder bewegt, um das Ventil in der ersten Leitung zuThe distribution vacuum is via a one-way valve with a chamber in connection, which is via a control valve with a Power cylinder is connectable. The control valve normally shuts off the chamber with respect to the power cylinder and connects this with the atmospheric pressure. The cylinder has a piston on which the mechanical coupling or connection the spindle is attached. A compression spring pushes the piston towards one end of the cylinder so that during a normal working condition of the engine the exhaust gas flows through the first line and the reactor, while the bypass line is closed is. During abnormal working conditions, exhaust gas conditions occur which are detrimental to the reactor can. Under such conditions, the control valve is set so that the connection of the cylinder with the outside atmosphere interrupted and the cylinder is connected to the vacuum chamber, so that the piston counteracts the force of the Compression spring moves to close the valve in the first line
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schliessen und das Ventil in der Bypassleitung zu öffnen. Die Einstellung des Steuerventils wird von einem logischen System überwacht, das auf ein oder mehrere Parameter anspricht. Solche Parameter können sein:die Temperatur oder Temperaturen im Reaktor, die Temperatur des Motorkühlmittels, die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, die Motorbelastung, die Dauer der Motorbelastung, der Druckabfall längs des Reaktors und dgl.close and open the valve in the bypass line. The setting of the control valve is made by a logical System that responds to one or more parameters. Such parameters can be: the temperature or temperatures in the reactor, the temperature of the engine coolant, the speed of the vehicle, the engine load, the duration the engine load, the pressure drop across the reactor and the like.
Anstelle der Betätigung der Abgassteuerventile durch das Vakuum im Einlassverteiler können die Ventile auch elektrisch betätigt werden.Instead of actuating the exhaust gas control valves through the vacuum in the inlet manifold, the valves can also be electrical be operated.
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