DE2838885A1

DE2838885A1 - Luftsteuerventil

Info

Publication number: DE2838885A1
Application number: DE19782838885
Authority: DE
Inventors: John E Cook; Kent G Hansen; Robert J Whitcher
Original assignee: Fram Corp
Current assignee: Fram Corp
Priority date: 1977-09-07
Filing date: 1978-09-06
Publication date: 1979-03-15
Also published as: FR2402820A1; GB2004030A; IT1098493B; IT7827313A0; JPS5449616A; SE7809341A

Description

FRAM CORPORATION

105 Pawtucket Avenue 4. September 1978

East Providence, R.I.02916, USA Akte M-4695

Luftsteuerventil

Die Erfindung betrifft ein LuftSteuerventil nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Moderne Steuersysteme für Fahrzeugemissionen besitzen normalerweise einen katalytischen Konverter, der die vom Verbrennungsmotor des Fahrzeugs erzeugten Auspuffgase nachverarbeitet. Aufgrund von zunehmend strengen Regierungsverordnungen muß die Luft während bestimmter Betriebsbedingungen des Fahrzeugs in den katalytischen Konverter eingeleitet werden. Demzufolge müssen die Fahrzeuge mit einer Luftpumpe ausgestattet werden, welche die Luftquelle zur Injektion in das Motor-Auspuffsystem bildet. Außerdem ist ein Luftsteuersystem notwendig, da der Ausstoß der Luftpumpe während des Aufwärmens des Motors in das Auspuffrohr geleitet werden muß und in das mittlere Katalysatorbett, wenn der Motor warm ist. Dieses LuftSteuerventil wird normalerweise von einem Vakuumsignal betätigt. Da jedoch die Stärke des Motor-Ansaugvakuums, das zur Betätigung des Ventils benötigt wird, begrenzt ist, und da der Ausstoß der Luftpumpe unter relativ hohem Druck erfolgt, mußten die Betäti-

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gungskolben bzw. Diaphragmen, die zur Betätigung des Ventils erforderlich waren, bei bekannten Steuerventilen verhältnismäßig groß sein. Die räumlichen Bedingungen im Fahrzeugmotorabteil fordern jedoch, daß die Größe des Ventils minimalisiert wird. Ein Grund für die Größe des Ventils ist, daß der Druck des Ausstoßes der Luftpumpe, der gegen den Ventilmechanismus wirkt, überwunden werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches insbesondere mit kleineren Abmessungen gebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Ventil wird die Kraft, die von defe komprimierten Luft auf das Ventilelement ausgeübt wird, immer durch eine Druckkraft ausbalanciert, die von einem der beiden Strömungsmittelmotoren erzeugt wird. Auf diese Weise bleibt die Kraft, die zur Bewegung des Ventilelements erforderlich ist, sehr klein. Die Größe des vakuumempfindlichen Betätigungskolbens bzw. des Diaphragmas kann somit wesentlich reduziert werden. Außerdem wird das Gerät dadurch vereinfacht, wenn einer der Strömungsmittelmotoren als vakuumempfindliches Betätigungsglied gewählt wird. Dies führt zu einer beträchtlichen Verringerung der Größe des Ventils, verglichen mit anderen, bekannten Ventilen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftsteuerventil, wobei sich die verschiedenen Bauteile in der Stellung befinden, die sie einnehmen, wenn sich das Ventil in seinem normalen, unbetätigten Zustand befindet;

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, in der jedoch die verschiedenen Bauteile des Luftsteuerventils in der Stellung gezeigt sind, die sie einnehmen, wenn das Ventil betätigt ist.

In der Zeichnung ist das Luftsteuerventil insgesamt mit der Bezugszahl 10 gekennzeichnet. Es enthält ein Gehäuse 12, in dem eine Kammer 14 ausgebildet ist. Ein Einlaß 16 verbindet die Kammer 14 mit dem Auslaß einer herkömmlichen Auto-Luftpumpe (nicht gezeigt), welche Luft unter hohem Druck in den Einlaß 16 leitet. Ein Auslaß 18 steht mit der Kammer 14 in Verbindung und bringt diese mit einem Punkt am mittleren Bett des katalytischen Fahrzeugkonverters in Verbindung- Ein weiterer Auslaß 20 verbindet die Kammer 14 mit einem Punkt im Auspuffrohr.

Das Ventil 10 enthält einen Ventilmechanismus, der insgesamt mit der Bezugszahl 22 gekennzeichnet ist. Dieser besteht aus einem oberen Ventilsitz 24, der mit der Wand des Gehäuses so zusammenwirkt, daß die Kammer 14 in einen ersten Abschnitt 26 geteilt wird, der mit dem Auslaß 18 kommuniziert, sowie einen zweiten Ventilsitz 28, der mit der Wand des Gehäuses 12 zusammen die Kammer 14 in einen zweiten Abschnitt 30 einteilt, der mit dem Auslaß 20 kommuniziert. Der Ventilsitz 28 wirkt außerdem so mit dem Ventilsitz 24 zusammen, daß die Kammer 14 in einen dritten Abschnitt 32 eingeteilt wird, der mit dem Einlaß 16 kommuniziert. Der Ventilmechanismus 22

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enthält außerdem ein.Ventilteil 34, welches im Abschnitt 32 angeordnet ist und in dichtende Berührung mit den Ventilsitzen 24 und 28 gebracht werden kann.

Das Ventilteil 34 ist an einer Betätigungsstange befestigt, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 36 versehen ist. Ein Ende 38 der Stange 36 ist an einem Kolben 40 befestigt, der verschiebbar in einer Kammer 42 angebracht ist. Diese ist innerhalb eines Strömungsmittelmotors ausgebildet, der insgesamt von der Bezugszahl 44 gekennzeichnet wird. Der Kolben 40 teilt die Kammer 42 in einen ersten Abschnitt 45 und einen weiteren Abschnitt 48. Der Abschnitt 45 steht mit dem Abschnitt 26 der Kammer 14 über eine Öffnung 46 in Verbindung. Der Abschnitt 48 steht mit einer Vakuumquelle über den Einlaß 50 in Verbindung, wenn das Ventil betätigt werden soll, sonst mit Atmosphärendruck. Die Vakuumverbindung zum Einlaß 50 wird durch ein herkömmliches, temperaturempfindliches Ventil (nicht gezeigt) gesteuert, welches hiernach nicht genauer beschrieben wird. Eine Feder 52 drückt den Kolben 40 elastisch in die Stellung, die in der Zeichnung dargestellt ist, und hält dabei das Ventilteil 3 4 in dichtender Berührung am Ventilsitz 28. Die Fläche des Kolbens 40, die dem in der Kammer 44 wirkenden Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, ist im wesentlichen gleich groß wie die Fläche des Ventilteils 34, welches dem Strömungsmitteldruck im Abschnitt 3 2 der Kammer 14 ausgesetzt ist.

Das andere Ende 52 der Stange 36 ist an einem Diaphragma 54 befestigt, welches verschiebbar in einer Kammer 56 angebracht ist. Diese ist innerhalb eines zweiten Strömungsmittelmotors ausgebildet, die insgesamt mit der Bezugszahl 58 versehen ist. Das Dia-

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phragma 54 teilt die Kammer 56 in einen ersten Abschnitt 60 und einen zweiten Abschnitt 64. Der Abschnitt 60 steht mit dem Strömungsmitteldruck im Abschnitt 30 der Kammer 14 über eine Öffnung 62 in Verbindung. Der zweite Abschnitt 64 steht mit Umgebungsatmosphärendruck über die öffnung 66 in Verbindung. Die Fläche des Diaphragmas 54, die dem Strömungsmitteldruck in den Abschnitten 60 und 64 ausgesetzt ist, ist im wesentlichen die gleiche wie die Fläche des Ventilteils 34, die dem Druck im Abschnitt 32 der Kammer 14 ausgesetzt ist, wenn das Ventilteil 34 dicht gegen den Ventilsitz 24 anliegt.

Die verschiedenen Komponenten des Luftsteuerventils 1O sind in Fig. 1 in der Stellung gezeigt, die sie einnehmen, wenn sich das Ventil in seinem Normalzustand befindet und kein Vakuumsignal am Einlaß 50 liegt. In diesem Zustand drückt die Feder 52, die über den Kolben 40 und die Stange 36 wirkt, das Ventilteil 34 elastisch in dichtende Berührung gegen den Ventilsitz 28. Demzufolge kommuniziert der Luftdruck, der von der Luftpumpe erzeugt wird, direkt zwischen Einlaß 16 und Auslaß 18. Der verhältnismäßig hohe von der Luftpumpe rührende Druck übt außerdem eine nach unten gerichtete Kraft auf das Ventilteil 34 aus, wie dies durch die nach unten gerichteten Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist. Diese nach unten gerichtete Kraft wird jedoch durch eine entsprechende Kraft ausgeglichen, die auf den Kolben 40 wirkt. Da der Abschnitt 45 der Kammer 42 mit denselben Druck in Verbindung steht wie derjenige, der auf das Ventilteil 34 wirkt, und da dLe Fläche des Kolbens 40, die auf diesen Strömungsmitteldruck anspricht, dieselbe Fläche ist, wie die äquivalente Fläche am Ventilteil 34, gleicht die nach oben gerichtete Kraft am Kolben 40 die nach unten gerichtete Kraft am Ventil-

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teil 34 aus. Demzufolge heben sich die Drücke, die durch die Kommunikation der Pumpenluft durch das Gehäuse entstehen, einander auf, so daß die Nettokraft, die auf das Ventilteil 34 wirkt, nur auf der Stärke der Feder 52 und auf der Trägheit der Ventilkomponenten bewirkt. Wenn demzufolge in den Abschnitt 48 der Kammer 42 über den Einlaß 50 ein Signal eingegeben wird, muß das Vakuumsignal nur die Stärke der Feder 52 und die Trägheit der verschiedenen Ventilkomponenten überwinden, damit das Ventil betätigt wird. Es braucht kein Druck überwunden zu werden, der darauf beruht, daß unter hohem Druck stehende Luft durch das Ventil geleitet wird. Wenn demzufolge dieses Vakuumsignal an die Öffnung 50 gelegt wird, läßt der verringerte Druck in der Kammer 48 die unter höherem Druck stehende Luft im Abschnitt 44 den Kolben 40 nach oben, in der Sicht der Fig. 1 und 2, drücken', wodurch das Ventilteil 3 4 in dichtende Berührung gegen den Ventilsitz 24 gedrückt wird. Wenn das Ventilteil 34 sich in der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet, befinden sich natürlich die Auslaßöffnung 20 und der Druck auf beiden Seiten des Diaphragmas 54 im wesentlichen auf Atmosphärendruck.

Nachdem das Ventil 10 in die Betätigungsstellung verschoben ist, indem ein Vakuumsignal auf die Öffnung 50 gegeben wurde, befinden sich die verschiedenen Komponenten des Ventilmechanismus in der Stellung, die in Fig. 2 gezeigt ist* In diesem Zustand sind die Druckwerte am Auslaß 18, am Abschnitt 26 der Kammer 14 und am Abschnitt 45 der Kammer 44 alle im wesentlichen auf Atmosphärendruck. Außerdem ergibt sich nun eine im wesentlichen unbehinderte Strömung smi tte lkommunxka tion zwischen dem Einlaß 16 und dem Auslaß 20. Die Kommunikation zum Auslaß 18 wird durch die dichtende Berührung des Ventilteils 34 am Ventilsitz 24 verhindert. Demzufolge übt eine

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Strömungsmittel-Druckkraft, die auf dem verhältnismäßig hohen Druck beruht, der durch das Ventilgehäuse 12 geleitet wird, eine nach oben gerichtete Kraft auf das Ventilteil 3 4 aus, wie dies durch die nach oben gerichteten Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist. Diese nach oben gerichtete Kraft wird jedoch durch eine nach unten gerichtete Kraft auf das Diaphragma 54 ausgeglichen, da der Abschnitt 30 der Kammer 14 mit dem Abschnitt 16 der Kammer 56 in Verbindung steht. Diese nach unten gerichtete Kraft gleicht die nach oben gerichtete Kraft am Ventilteil 3 4 aus, die auf dem Luftdruck beruht, der durch das Gehäuse 12 geleitet wird. Wenn nun also das Vakuumsignal 50 weggenommen wird, muß die Feder 52 nur die Trägheit der verschiedenen Ventilkomponenten überwinden, um das Ventilteil 34 in die dichtende Berührung am Ventilsitz 28 zurückzustellen.

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Claims

FRAM CORPORATION

Pawtucket Avenue 4. September 1978

East Providence, R.I.O2916, USA Akte M-4695

Patentansprüche

M .y Luftsteuerventil mit einem Gehäuse, welches enthält: eine Lufteinlaßöffnung, eine erste Luftauslaßöffnung, eine zweite Luftauslaßöffnung, einen ersten Ventilsitz zwischen der Einlaßöffnung und der ersten Auslaßöffnung, einen zweiten Ventilsitz zwi schen der Einlaßöffnung und der zweiten Auslaßöffnung, ein Ventilteil und eine Antriebseinrichtung, welche mit dem Ventilteil so verbunden ist, daß sie letzteres aus einem Zustand, in dem der Einlaß mit dem ersten Auslaß verbunden ist und die Verbindung zwischen dem Einlaß und dem zweiten Auslaß unterbrochen ist, in einen zweiten Zustand verschiebt, in dem der Einlaß und der zweite Auslaß miteinander verbunden sind und die Verbindung zwischen dem Einlaß und dem ersten Auslaß unterbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß es einen ersten Strömungsmittelmotor (44) enthält, der eine Vorspannkraft auf das Ventilteil (14) ausübt, welche dem Strömungsmitteldruck entgegengesetzt ist, der durch die Druckverbindung durch das Gehäuse erzeugt wird, wenn sich das Ventilteil (34) in dem ersten Zustand befindet, und daß ein zweiter Strömungsmittelmotor (58) vorgesehen ist,

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der eine Vorspannkraft auf das Ventilteil (3 4) ausübt, welche dem Strömungsmitteldruck entgegenwirkt, der durch die Druckverbindung durch das Gehäuse hindurch erzeugt wird, wenn sich das Ventilteil (34) in dem zweiten Zustand befindet.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strömungsmittelmotor (44) einen Kolben (40) umfaßt, der mit dem Ventilteil (34) in Verbindung steht, wobei eine erste Seite des Kolbens (40) mit dem ersten Auslaß (18) und die zweite Seite des Kolbens mit der Atmosphäre verbunden ist.
3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strömungsmittelmotor ein Diaphragma (54) enthält, welches mit dem Ventilteil (34) verbunden ist, wobei eine erste Seite des Diaphragmas (54) mit dem zweiten Auslaß (20) und die zweite Seite des Diaphragmas (54) mit der Atmosphäre in Verbindung steht.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilteil (34) an einer Antriebsstange (36) befestigt ist, deren eines Ende an dem Kolben (40) und deren anderes Ende an dem Diaphragma (54) befestigt ist, wodurch Kolben (40) und Diaphragma

(54) wirkungsmäßig mit dem Ventilteil (34) verbunden sind.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben (40), Stange (36) , Ventilteil (34), die Ventilsitze (24,28) und das Diaphragma (54) koaxial sind.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb, der mit dem Ventilteil (34) verbunden ist

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und letzteres aus einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand verschiebt, eine Federeinrichtung (52) umfaßt, welche den Kolben (4O) und die daran befindliche Stange (.36) in einer solchen Richtung drückt, daß das Ventilelement (34) gegen den zweiten Ventilsitz (28) gedruckt wird.
7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb, der mit dem Ventilteil (34) verbunden ist und letzteres aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand verschiebt, eine Vakuumquelle umfaßt, die mit der zweiten Seite des Kolbens (40) verbunden werden kann, wodurch letzterer gegen die Wirkung der Federeinrichtung (52) in einer solchen Richtung bewegt wird, daß das Ventilteil (34) gegen den ersten Ventilsitz (24) bewegt wird.

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