DE2838886A1

DE2838886A1 - Luftsteuerventil

Info

Publication number: DE2838886A1
Application number: DE19782838886
Authority: DE
Inventors: John Edward Cook
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: IT1098496B; GB2004034B; SE7809342L; GB2004034A; AU520797B2; JPS5449624A; US4163543A; IT7827310A0; AU3963478A; CA1123748A; FR2402819A1

Description

-/- 2838686

FRAM CORPORATION

105 Pawtucket Avenue 4. September 1978

East Providence, R.I.02916, USA Akte M-4707

Luftsteuerventil

Die Erfindung betrifft ein Luftsteuersystem nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Moderne Automobile sind mit katalytischen Konvertern ausgerüstet, welche die Emissionen kontrollieren. Um zunehmend strenge Regierungsverordnungen erfüllen zu können, muß Luft in die Auspuffströmung des Motors von einer motorbetriebenen Luftpumpe injiziert werden. Die Luftversorgung muß zu verschiedenen Punkten im Auspuffstrom erfolgen, je nach den verschiedenen Fahrzeug-Betriebsbedingungen. Wenn beispielsweise der Fahrzeugmotor warm ist, wird die Luftversorgung stromab in das Auspuffrohr injiziert; wenn jedoch der Fahrzeugmotor kalt ist, erfolgt die Luftzufuhr normalerweise stromauf näher an der Verbrennungskammer. Auch bei kaltem Motorbetrieb kann jedoch die Luftversorgung von dem stromaufwärtigen Injektionspunkt zum stromabwärts liegenden Injektionspunkt zeitweilig abgelenkt werden, und zwar, wenn das Fahrzeug verzögert wird. Nach einer Zeit von ein paar Sekunden kehrt die Injektion zum stromauf liegenden Injektionspunkt zurück, unabhängig davon,

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ob das Fahrzeug noch immer verzögert oder nicht. Um die verhältnismäßig komplizierten Ablenkfunktionen zu erreichen, die erforderlich sind, waren bekannte Luftsteuerventile verhältnismäßig kompliziert und demzufolge sehr platzraubend, teuer und schwer. Außerdem benötigten diese bekannten Ventile zwei Vakuumsignal-Anschlüsse zwischen dem Ventil und dem Motor-Ansaugvakuum.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Luftsteuerventil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einfacher aufgebaut und in den Abmessungen kleiner ist.

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

Das erfindungsgemäße Ventil benötigt nur ein einziges Vakuumsignal, um dieselben Ablenkfunktionen wie bekannte Ventile zu erreichen; es ist dabei jedoch leichter, kleiner und einfacher.

Ein Ausführungsbexspiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch ein Luftsteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der Zeichnung ist das Luftsteuerventil insgesamt mit der Bezugszahl 10 gekennzeichnet. Es enthält ein Gehäuse 12 mit einer Einlaßöffnung 14, die mit dem Auslaß einer herkömmlichen Fahrzeug-Luftpumpe (nicht gezeigt) verbunden ist. Ein erster Auslaß 16 ist stromab mit dem Auspuffstrom verbunden; ein zweiter Auslaß 18 ist

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stromab, näher an der Verbrennungskammer angeschlossen. Ein Entlastungsventil, das insgesamt die Bezugszahl 20 trägt, entlüftet die Eingangsöffnung 14 zur Atmosphäre, wenn überdruck vorliegt. Das Entlastungsventil 20 ist herkömmlicher Bauweise und wird hier nicht genauer beschrieben.

Zwei axial einander gegenüberstehende Ventilsitze 22,24 sind am Gehäuse 12 vorgesehen. Sie wirken mit einem Ventilelement 26 zusammen und steuern die Verbindung zu den Auslassen 16 bzw. 18. Das Gehäuse 12 ist mit einer Führung 28 versehen, welche eine Betätigungsstange 30 verschiebbar aufnimmt. Ein Ende der Betätigungsstange ist mit dem Ventilelement 26 verbunden; das andere Ende der Stange 30 ist mit einem Betätigungskolben verbunden, der insgesamt das Bezugszeichen 32 trägt. Der Kolben 32 ist verschiebbar innerhalb einer Kammer 34 angeordnet, die in dem Gehäuse 12 ausgebildet ist. Er teilt diese Kammer in einen oberen Abschnitt 36 und einen unteren Abschnitt 38. Der untere Abschnitt 38 der Kammer 34 ist in einen oberen Raum 40 und einen unteren Raum 42 durch einen Hilfskolben unterteilt, der insgesamt das Bezugszeichen 44 trägt und ebenfalls verschiebbar in der Kammer 3 4 angebracht ist. Der untere Raum 42 steht über geräuschdämpfendes Material 46 und eine Öffnung 48 mit Atmosphärendruck in Verbindung. Der obere Raum 40, der zwischen den Kolben 32 und 44 ausgebildet ist, ist mit einer Vakuumöffnung 50 versehen. Die Vakuumöffnung 50 wird mit dem Ansaugvakuum über ein herkömmliches, temperaturempfindliches Ventil (nicht gezeigt) verbunden. Dieses verbindet die öffnung 50 mit dem Ansaugvakuum, wenn der Motor kalt ist; es verbindet die Öffnung 50 mit Atmosphärendruck, wenn der Motor aufgewärmt hat. Da das Temperatursteuerventil von herkömmlicher Bauweise ist und nicht Teil der vorliegenden

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Erfindung bildet, wird es hier nicht genauer beschrieben. Das Gehäuse 12 enthält außerdem einen über den Umfang verlaufenden, radial nach innen ragenden Kolbenanschlag 52, der in den oberen Raum 40 ragt. Eine untere Feder 54 ist zwischen den Kolben 32 und 44 angeordnet und wird durch die Wirkung einer oberen Feder 56 komprimiert gehalten. Letztere befindet sich im Abschnitt 36 der Kammer 34. Dies geschieht, wenn im wesentlichen atmosphärischer Druck an den Kolben 32 und 44 liegt.

Der Kolben 32 enthält ein über den Umfang hinweg verlaufendes Gummidiaphragma 58, eine obere Platte 60, eine untere Platte 62. Der äußere Umfangsrand des Diaphragmas 58 endet in einer Rippe 64, die an die Wand des Gehäuses 12 geklammert ist. Ein weiterer, über den Umfang verlaufender Rand 66 des Diaphragmas 58, der radial gegenüber der Rippe 64 versetzt ist, ist zwischen der oberen und der unteren Platte 60 bzw. 62 verklemmt. Der Kolben 3 2 trägt eine axial angebrachte Hülse 69, welche den Kolben an der Betätigungsstange 30 befestigt. Die obere und die untere Platte 60 bzw. 62 sind mit halbkreisförmigen, angehobenen Abschnitten 68,70 und flachen Abschnitten 72,74 versehen. Die Platten 60 und 62 werden so zusammengebaut, daß die angehobenen Abschnitte der einen Platte den flachen Abschnitten der anderen Platte gegenüberstehen. In den angehobenen Abschnitten 68 der oberen Platte 60 sind Öffnungen vorgesehen; weitere Öffnungen 78 sind in den flachen Abschnitten 74 der unteren Platte 62 vorgesehen. Der innere Umfangsabschnitt des Diaphragmas 58 erstreckt sich in die Abschnitte, die zwischen den Platten 60 und 62 ausgebildet sind und welche die Öffnungen 76 und 78 tragen. Die innere Umfangskante 80 des Diaphragmas 58 ist jedoch nicht an den Platten befestigt, so daß sie ausbiegen und eine

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Kommunikation durch die Öffnungen 76 und 78 ermöglichen kann. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die angehobenen Abschnitte 68 auf der oberen Platte gegenüber deji öffnungen 78 in der unteren Platte 62 angebracht. Da der innere Umfangsrand 80 des Diaphragmas 58 sich frei in die angehobenen Abschnitte 68 ausbiegen kann, ist eine im wesentlichen unbehinderte Kommunikation vom Raum 40 in den Abschnitt 36 der Kammer 34 möglich. Da jedoch die angehobenen Abschnitte 70 der unteren Platte 62 gegenüber den Öffnungen 78 in den flachen Abschnitten der unteren Platte versetzt sind, biegt ein niedrigerer Druck im Raum 40 den Abschnitt 80 des Diaphragmas 58 so, daß sich eine gedrosselte Kommunikation durch die Öffnungen 78 ergibt. Auf diese Weise stellt sich ein Druckausgleich zwischen dem Abschnitt 36 und dem Raum 40 erst ein, wenn eine bestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Der Kolben 44 ist ähnlich wie der Kolben 32 gebaut; selbstverständlich sind jedoch die Öffnungen 76 und 78 im Hilfskolben 44 nicht vorgesehen, so daß keine StrömungsmitteIkommunikation über den Kolben hinweg möglich ist. Eine Führung 82 ist anstelle der Hülse 69 vorgesehen, so daß der Kolben 44 koaxial zum Kolben 32 gehalten wird. Er kann innerhalb der Kammer 34 relativ zur Stange 30 und zum Kolben 32 verschieben.

Die verschiedenen Komponenten des Luftsteuerventils 10 sind in der Figur in den Positionen dargestellt, die sie einnehmen, wenn an den Kolben 32 und 44 im wesentlichen atomosphärischer Druck liegt. Dieser Zustand liegt vor, bevor der Fahrzeugmotor gestartet wird und nachdem der Fahrzeugmotor aufgex-zärmt hat. In diesem Zustand drücken die Federn 54 und 56 den Kolben 32 nach unten und halten das Dichtelement 26 in dichter Anlage am Ventilsitz 24. Dadurch wird eine Kommunikation vom Einlaß 14 zum Auslaß 18 verhindert und

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eine Kommunikation zwischen der Einlaßöffnung 14 und der Auslaßöffnung 16 ermöglicht. Die Feder 54 hält den Hilfskolben 44 in Anlage an der unteren Wand 84 der Kammer 34. Wenn der Fahrzeugmotor gestartet wird, öffnet das erwähnte temperaturempfindliche Ventil (nicht gezeigt) und verbindet die Öffnung 50 mit dem Motor-Ansaugvakuum. Wenn dies auftritt, wird der Druck im Raum 40 verringert. Da der Raum 42 immer mit atmosphärischem Druck in Verbindung steht, läßt der im Raum 4O erzeugte Vakuumwert den Atmosphärendruck den Hilfskolben 44 nach oben in der Zeichnung drücken, bis der Kolben 44 den Kolbenanschlag 52 berührt. Während dieser Aufwärtsbewegung des Kolbens 44 verschiebt sich natürlich die Führung 82 relativ zur Stange 30. Aufgrund der erwähnten, beschränkten Kommunikation zwischen dem Abschnitt 36 und dem Raum über den Kolben 32 hinweg, bleibt der Kolben einige Sekunden lang in der dargestellten Stellung, nachdem das Vakuumsignal an die Öffnung 5O gelegt ist. Demzufolge komprimiert die nach oben gerichtete Bewegung des Kolbens 44 die untere Feder 54. Nachdem einige Sekunden verstrichen sind, nimmt der atmosphärische Druck im Abschnitt 36 aufgrund der behinderten Kommunikation über den Kolben 32 denselben Vakuumwert wie im Raum 4O an. Wenn dies eintritt, drücken die Federn 54 und 56 den Betätigungskolben 32 in der Zeichnung nach oben. Diese nach oben gerichtete Bewegung des Kolbens 32 wird über die Stange 3O auf das Ventilelement 26 übertragen. Dieses wird vom Ventilsitz 24 weg bewegt, was eine Kommunikation vom Einlaß 14 zum Auslaß 18 möglich macht. Das Ventilelement 26 wird dann in dichtende Berührung gegen den Ventilsitz 22 bewegt, wodurch die Kommunikation zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 16 beendet wird. Wenn der Fahrzeugmotor aufwärmt, leitet das erwähnte temperaturempfindliche Ventil wiederum atmosphärischen Druck in den Raum 4O. Dies

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führt dazu, daß die Kolben 3 2 und 3 4 in die Stellungen zurückkehren, die in der Zeichnung gezeigt sind. Das Ventilelement 26 kehrt in dichtende Berührung mit dem Ventilsitz 24 zurück.

Wie oben beschrieben, wird der Hilfskolben 44 gegen den Kolbenanschlag 52 bewegt, wenn der Motor kalt ist; eine kurze Zeit danach wird der Betätigungskolben 32 nach oben gegenüber dem Kolben 44 gedrückt und lenkt die Strömung vom Einlaß 14 zum Auslaß 18. Wenn jedoch das Fahrzeug verzögert wird, während der Motor kalt ist, muß das Ventil 10 Luftströmung vom Einlaß 14 zurück zum Auslaß 16 einige Sekunden lang leiten. Nachdem einige Sekunden verstrichen sind, nimmt dann das Ventil 10 die Kommunikation zwischen dem Einlaß 14 und dem Auslaß 18 wieder auf, unter der Annahme allerdings, daß der Motor in der Zwischenzeit nicht aufgewärmt hat, was das temperaturempfindliche Ventil dazu bringen würde, die Vakuum-Kommunikation zur Öffnung 50 zu beenden.

Wenn der Fahrzeugmotor verzögert wird, wächst das Vakuumsignal, welches zu der Öffnung 50 geleitet wird. Wenn dies auftritt, bleibt selbstverständlich der Hilfskolben 44 in Anlage an dem Anschlag 52, da der Kolben 44 immer in Anlage am Anschlag 52 bleibt, wenn das der Öffnung 50 zugeführte Vakuumsignal größer ist als dasjenige, welches zur Betätigung des Ventils erforderlich ist. Das höhere Vakuumniveau im Raum 40 erzeugt jedoch eine Druckdifferenz am Betätigungskolben 32, da das Vakuum im Raum 40 nun größer als das Vakuum im Abschnitt 36 ist. Das niedrigere Vakuumniveau im Raum 40 zieht den Kolben 32 in der Zeichnung nach unten, ungefähr in dia in der Zeichnung dargestellte Stellung. Wenn dies auftritt, •«/ird selbstverständlich das Ventilelement 26 zurück gegen den Ven-

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tilsitz gebracht, was einen Luftstrom, der in den Einlaß 14 eintritt, zum Auslaß 16 lenkt. Wie oben erläutert, führt jedoch die beschränkte Kommunikation, die über den Kolben 32 möglich ist, dazu, daß sich die Vakuumwerte am Kolben nach einigen Sekunden "ausgleichen. Wenn dies auftritt, drückt die Feder 54 den Kolben 32 zurück in die obere Stellung, wodurch das Ventilelement 26 vom Ventilsitz 24 weg und in dichtende Berührung mit dem Ventilsitz 22 gebracht wird. Demzufolge"leitet das Ventil 10 den Luftstrom zum Auslaß 16 für wenige Sekunden, wenn .das Fahrzeug bei kaltem Motor verzögert wird. Wenn selbstverständlich der Motor"'aufwärmt, wie oben erörtert, werden die verschiedenen Komponenten des "Ventils in die Stellungen zurückgeführt, die in der Zeichnung dargestellt ' sind, so daß die Luftversorgung zur Öffnung 16 geleitet wilrdj

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Claims

FRAM CORPORATION

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East Providence, R.I.02916, USA Anwaltsakte M-4707

Patentansprüche

(1 J Luftsteuerventil mit einem Gehäuse, mit einer Ventileinrichtung, die innerhalb des Gehäuses verschiebbar ist, mit einem Betätigungskolben, der innerhalb des Gehäuses zwischen zwei Stellungen verschiebbar ist und mit der Ventileinrichtung zu deren Bet'ätigung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungskolben (32) zusammen mit dem Gehäuse (12) zwei Strömungsmitteldruck aufnehmende Kammern (36,38) zwischen gegenüberliegenden Seiten des Betätigungskolbens und entsprechenden Abschnitten des Gehäuses (12) bildet, wobei das Ventil eine Einrichtung (50) enthält, welche ein Drucksignal in eine (38) der Kammern leitet, wobei eine Ventileinriehtung die Verbindung zwischen den Kammern (36,38) kontrolliert und eine beschränkte Kommunikation von einer Kammer zur anderen zuläßt; mit einer Federeinrichtung (56) , welche nachgiebig den Betätigungskolben (3 2) auf eine der Stellungen zu drückt, und mit Mitteln (54), welche den Betätxgungskolben (32) in die andere Position bringen, wenn das Drucksignal der einen Kammer (38) zugeleitet wird.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druck-

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signal ein Vakuumsignal ist. ^
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventxlexnrichtung eine im wesentlichen unbehinderte Kommunikation zwischen der einen Kammer (36) und der anderen Kammer (38) zuläßt.
4. Ventil nach einem der anderen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Einrichtung enthält, welche den Betätigungskolben (32) in die eine Stellung zurückkehren läßt, nachdem er sich bei Einleiten des Drucksignals in die eine Kammer (38) in die andere Stellung bewegt hat, wenn der Wert des Drucksignals auf einen bestimmten Wert abfällt, wobei der Betätigungskolben (32) in die andere Position um eine bestimmte Zeitperiode nach der Rückkehr des Kolbens (3 2) zu der einen Stellung zurückgeführt wird.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Zeitperiode durch die Strömungsrate bestimmt wird, die durch die Ventxlexnrichtung von einer Kammer zur anderen (36,38) erfolgt.
6. Ventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche den Betätigungskolben (32) in die genannte eine Stellung zurückkehren läßt, einen Hilfskolben (44) enthält, der verschiebbar im Gehäuse (12), koaxial zum Betätigungskolben (32) angebracht ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche eine im wesentlichen bestimmte Entfernung zwischen den Kolben (32,44) einstellt, wenn die Druckdifferenz am Betäti-

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gungskolben (32) kleiner als ein bestimmter Wert ist.
7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die letztgenannten Mittel eine Feder (54) umfassen.
8. Ventil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche des Hilfskolbens (44) dem Drucksignal ausgesetzt wird und die andere Fläche des Hilfskolbens (44) Atmosphärendruck ausgesetzt ist.
9. Ventil nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) einen Anschlag (52) enthält, der zwischen den Kolben (32,44) angeordnet ist, wobei der Hilfskolben (44) gegen den Anschlag (52) gedrückt wird, wenn ein Drucksignal in die eine Kammer (38) geleitet wird.

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