DE3037490A1

DE3037490A1 - Membranbetaetigungseinrichtung

Info

Publication number: DE3037490A1
Application number: DE19803037490
Authority: DE
Inventors: Ken Yokohama Yamane
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1979-10-06
Filing date: 1980-10-03
Publication date: 1981-04-23
Also published as: US4391184A; DE3037490C2

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung einer Membranbetätigungseinrichtung, die vorzugsweise für eine Abgasumgehungsregelungseinrichtung einer mittels Turboladung aufgeladenen Brennkraftmaschine bestimmt ist.

Bei einer Brennkraftmaschine, die einen Turbolader und eine Saugdrosselklappe stromauf des Kompressors des Turboladers aufweist, wird die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine genau mittels einer Regeleinrichtung geregelt, die eine Membranbetätigungseinrichtung enthält, die ein Abgasumgehungsventil regelt, um die Druckdifferenz an dem Kompressor des Turboladers innerhalb eines vorbestimmten Wertebereiches· zu halten^

Eine solche Abgasumgehungsventilregeleinrichtüng ist in Figur 1 gezeigt. Ein Turbolader T umfaßt einen Kompressor 2, der Luft über eine Drosselklappe 3 in einem Vergaser 4 ansaugt. Eine Auspuffleitung, die das Abgas· einer Turbine 5 des Turboladers 1 zuführt, umfaßt einen Ümgehungskanal 6, der die Turbine 5 umgeht. Ein Abgasumgehungsventil 7 regelt den Durchsatz in dem UmgehTangskanal 6, um den der Brennkraftmaschine 8 zugeführten Ladeeinlaßdruck zu regulieren. Das ümgehungsventil 7 wird von einer Membränbetätigungseinrichtung 9, basierend auf dem Saugleitungsdruck stromab des· Kompressors 2 be-tätigt, der ein Unterdruck ist, und basierend auf ,dem Saugleitungsdruck stromab des Kompressors 2 geregelt, der ein Unter- oder ein Überdruck- ist.

Die Membranbetätigungseinrichtung 9 weist eine Druckkammer 9¹, die in Verbindung mit der strömabwärtigen Seite der Saugleitung des Kompressors 2 steht, eine Unter-

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druckkammer 10, die in Verbindung mit der stromaufwartigen Seite der Saugleitung des Kompressors 2 steht, und eine Membrane 11 auf, die die Druckkammer 9' und die Unterdruckkammer 10 begrenzt. Ein Betätigungsschaft 12 geht durch die Unterdruckkammer 10 und verbindet die Membrane 11 mit dem Abgasumgehungsventil 7. Eine Feder 13 in der Unterdruckkammer 10 drückt die Membrane 11 in Richtung auf die Druckkammer 9', um das Abgasumgehungsventil 7 zu schließen, wenn die Druckdifferenz zwischen der Druckkammer 9' und der Unterdruckkammer 10 kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

Wenn die Drosselklappe 3 einen geringen Öffnungsgrad hat, und die Brennkraftmaschine 8 im niederen Drehzahlbereich betrieben wird, ist der Druck in der stromaufwärtigen Seite der Saugleitung kleiner als ein vorbestimmter Wert. Somit drückt die Druckdifferenz zwischen der Druckkammer 9' und der Unterdruckkammer 10 der Membranbetätigungseinrichtung 9 die Membrane 11 entgegen der Druckkraft der Feder 13 in der Zeichnung nach rechts, so daß sich der Betätigungsschaft 12 nach rechts bewegt, um das als Drossel dienende Umgehungsventil zu öffnen. Demzufolge strömt Abgas in der Auspuffleitung 14 der Brennkraftmaschine 8 über das Umgehungsventil 7 und den Umgehungskanal 6 zu der Auspuffleitung 15 unter Umgehung der Turbine 5. Hierdurch wird ein Anstieg des Gegendrucks bewirkt durch die langsame Drehbewegung der Turbine 5 vermieden, so daß der Abgabeleistungsverlust vermindert wird.

Wenn die Brennkraftmaschine in einem Zwischenbereich oder einem Bereich mit hoher Drehzahl betrieben wird, wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe größer, so daß die Kammer 3 mit Unterdruck versorgt wird, der etwa At-

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mosphärendruck entspricht und die Kammer 9' mit aufgeladenem Überdruck versorgt wird. Somit wird die Membrane 11 in der Membranbetätigungseinrichtung 9 durch die Druckkraft der Feder 13 in jener Lage gehalten, in der das Abgasumgehungsventil· 7 geschlossen ist. Abgase durch die Auspuffieitung 14 gehen durch die Turbine 5 zu der Abgasieitung 15 und treiben den Turbol·ader 1 an, um eine ausreichende Aufiadung zu erreichen.

Wenn die Belastung bzw. die Drehzahl der Brennkraftmaschine 8 weiter zunimmt und die der Turbine 5 zugeführte Abgasenergie zunimmt, steigt entsprechend der Aufladedruck an. Wenn der Aufladedruck an der Druckkammer 9' anliegt und einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Membrane 11 der Membranbetätigungseinrichtung 9 in der Zeichnung entgegen der Druckkraft der Feder 13 nach rechts gedrückt, so daß der Betätigungsschaft 12 das Abgasumgehungsventil 7 öffnet. Somit wird die der Turbine 5 zugeführte Abgasenergie zur Verringerung des Aufladedrucks vermindert. Hierdurch wird eine übermäßige Aufiadung vermieden.

Wie insbesondere in Figur 2 gezeigt ist, ist der Betätigungsschaft 12 in der zuvor beschriebenen Membranbetätigungseinrichtung 9 gieitend bewegiich durch einen Wandabschnitt 17 der Unterdruckkammer 10 durchgeführt und eine Schaftdichtungseinrichtung 16 verhindert einen Luftaustritt von der Atmosphäre in die Unterdruckkammer 10 längs der Fläche des Schafts 12. Die Schaftdichtungseinrichtung 16 muß zwei widersprüchliche Bedingungen erfüllen, d.h. wirksam ein Austreten der Umgebungsluft verhindern und eine ruckfreie bzw. gleichmäßige Gleitbewegung des Schafts 12 gewährleisten.

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Üblicherweise ist eine in Form einer Unterlegscheibe ausgelegte Schaftdichtung 16 zwischen dem Wandabschnitt 17 der Betätigungseinrichtung 9 und einem Bauelement angeordnet, das dazu bestimmt ist, die Membranbetätigungseinrichtung 9 an Ort und Stelle zu halten, um einen sehr kleinen Zwischenraum zwischen der Dichtungseinrichtung 16 und dem Schaft 12 zu bilden. Da ein Zwischenraum zwischen dem Betätigungsschaft 12 und der Schaftdichtungseinrichtung 16 vorhanden ist, kann die Unterdruckkammer 10 nicht vollständig abgesperrt werden, so daß die Betätigungsgenauigkeit der Membranbetätigungseinrichtung 9 gestört ist. Insbesondere wenn ein sehr starker Unterdruck in der Unterdruckkammer 10 herrscht, um die Membrane 11 zu betätigen, verhindert die über die Schaftdichtungseinrichtung 16 austretende Umgebungsluft merklich den Druck in der Unterdruckkammer 110, so daß die Membranbetätigungseinrichtung 9 ungenau arbeitet.

Wenn ferner die Brennkraftmaschine 8 bei einer niederen Drehzahl mit einer geringen Belastung betrieben wird, ist der Einlaßdruck des Kompressors 2, d.h. der Druck in der Unterdruckkammer 9¹ ein. sehr starker Unterdruck, und die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine 8 ist sehr gering. Wenn dann die Umgebungsluft in die Unterdruckkammer 9^r über den Zwischenraum zwischen der Schaftdichtungseinrichtung 16 und dem Betätigungsschaft 12 ' eintritt, wird die Luft, die nicht durch die Drosselklappe 3 geht, zusätzlich der Brennkraftmaschine 8 zugeführt. Die Brennkraftmaschine 8 wird normalerweise mit Kraftstoff,versorgt, der nach Maßgabe der Luftver— sorgungsmenge über die Drosselklappe 3 bestimmt ist» Durch die zusätzliche Luft, die nicht durch die Drosselklappe 3 geht, wird das vorbestimmte Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, das der Brennkraftmaschine 8 zugeführt wird, verändert, so daß die Brennkraftmaschine 8

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instabil arbeitet.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine Membranbetätigungseinrichtung zu schaffen, die die zuvor genannten Schwierigkeiten überwindet oder wenigstens abschwächt.

Vorzugsweise soll nach der Erfindung eine Membranbetätigungseinrichtung so beschaffen sein, daß sie wirksam ein Austreten von Umgebungsluft in die Unterdruckkammer beim Betreiben der Brennkraftmaschine mit niederer Drehzahl verhindert.

Zweckmäßigerweise soll die Membranbetätigungseinrichtung so beschaffen sein, daß Beeinträchtigungen durch das Austreten vermieden werden.

Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Membranbetätigungseinrichtung mit einer Druckkammer, die mit überdruck oder Unterdruck versorgt wird, einer Unterdruckkammer, die mit Unterdruck versorgt wird, einer Membrane, die die Druckkammerund die Unterdruckkammer begrenzt, und mit einem Betätigungsschaft, der sich durch einen Wandabschnitt der Unterdruckkammer erstreckt und an einem Ende mit der Membrane verbunden ist, wobei die Membrane bewirkt, daß sich der Betätigungsschaft in axialer Richtung gleitend relativ zu dem Wandabschnitt in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem über- oder Unterdruck in der Druckkammer und dem Unterdruck in der Unterdruckkammer bewegt, dadurch aus, daß der Wandabschnitt (rechte Endwand in Figur 3) mit einer Dichtungsanordnung versehen ist, die eine Dichtungsmembrane, die an dem Wandabschnitt angebracht ist, und einen axial beweglichen Innenumfangsabschnitt hat, der den Betätigungsschaft umgibt, ein bewegliches ringförmiges Element, das von dem

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Innenumfangsabschnitt der Dichtungsmembrane abgestützt wird, ein ortsfestes ringförmiges Element, das fest an dem Wandabschnitt der Unterdruckkammer angebracht ist und dem beweglichen ringförmigen Element gegenüberliegt, und einen federnd nachgiebigen O-Ring umfaßt, der zwischen den ringförmigen Elementen angeordnet ist und gleitend beweglich den Betätigungsschaft aufnimmt, und daß wenigstens eine der gegenüberliegenden Flächen der ringförmigen Elemente derart konisch ausgebildet ist, daß der O-Ring durch die gegenüberliegenden Flächen axial und radial nach innen zusammengedrückt wird, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Wenn bei der zuvor beschriebenen Auslegung die Unterdruckkammer mit einem starken Unterdruck versorgt wird, drückt die Dichtungsmembrane das bewegliche ringförmige Element gegen den O-Ring. Der O-Ring wird axial und radial durch die konische Fläche zusammengedrückt, so daß der Betätigungsschaft druckdicht abgedichtet ist. Somit ist das Austreten von Luft in die Unterdruckkammer bei starkem Unterdruck bzw. starkem Saugdruck vernachlässigbar. Wenn der Druck in der Unterdruckkammer relativ hoch ist oder in der Nähe des Atmosphärendrucks liegt, drückt die Dichtungsmembrane das bewegliche Element so geringfügig, daß der O-Ring nicht zusammengedrückt wird. Der Betätigungsschaft bewegt sich somit ruckfrei und gleichmäßig durch den O-Ring, so daß die Standzeit des O-Rings lang ist.

Ferner zeichnet sich nach der Erfindung eine Membran— betätigungseinrichtung dadurch aus, daß eine Druckkammer vorgesehen ist, die mit dem Abgabedruck eines Kompressors einer mittels Turboladung aufgeladenen Brennkraftmaschine versorgt wird, eine Unterdruckkam-

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mer, die mit dem Einlaßdruck des Kompressors versorgt wird, eine Membrane, die die Druckkammer und die Unterdruckkammer begrenzt, einen Betätigungsschaft, der sich durch einen Wandabschnitt der Unterdruckkammer erstreckt und an einem Ende mit der Membrane und am anderen Ende mit einem Abgasumgehungsventil verbunden ist, das die Öffnung einer Umgehungsleitung einer Turbine der Brennkraftmaschine regelt, und durch eine Steuerschaltung, die eine Einrichtung enthält, die die Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine bei niederer Drehzahl und geringer Belastung ermittelt, wobei eine Ventileinrichtung in einer Leitung vorgesehen ist, die die Unterdruckkammer mit dem Einlaßdruck des Kompressors versorgt, und daß diese Ventileinrichtung in Abhängigkeit von der Ermittlungseinrichtung derart arbeitet, daß sie die Leitung bei der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine mit niederer Drehzahl und geringer Belastung schließt.

Da hierbei somit die Membranbetätigungsexnrichtung bei Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine mit niederer Drehzahl und geringer Belastung getrennt ist, treten selbst dann keine Leckprobleme auf, wenn die Schaftdichtung irgendwelche Leckstellen zuläßt.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Figur 1 eine Ansicht einer üblichen Membranbetätigungseinrichtung, die dazu verwendet wird, einen Turbolader einer Brennkraftmaschine zu regeln,

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Figur 2 eine Schnittansicht der üblichen Membranbetätigungseinrichtung von Figur 1,

Figur 3 eine Schnittansicht einer Membranbetätigungseinrichtung nach der Erfindung,

Figur 4 eine schematische Ansicht einer Membranbetätigungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform nach der Erfindung in Verbindung mit. der in Figur 1 gezeigten Steuerschaltung ,

Figur 5 eine Schnittansicht eines Absperrventils in Figur 4,

Figur 6 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Absperrventils, und

Figur 7 eine Schnittansicht einer Membranbetätigungseinrichtung in Verbindung mit dem Absperrventil nach der Erfindung.

In Figur 3 ist eine Ausführungsform einer Membranbetätigungseinrichtung 19 nach der Erfindung gezeigt. Die Membranbetätigungseinrichtung 19 umfaßt eine Membrane 21 , die an einem Ende eines Betätigungsschaftes 20 befestigt ist. Die Membrane 21 begrenzt eine Unterdruckkammer 22, durch die der Betätigungsschaft 20 geht und eine Druckkammer 23 auf der gegenüberliegenden Seite der Unterdruckkammer 22 in einem Membrangehäuse 24. Das Membrangehäuse 24 hat einen Unterdruckeinlaß 25, der in Verbindung mit der Unterdruckkammer 22 über die Saugleitung stromab des Kompressors 2 in Verbindung steht, der in Figur 1 gezeigt ist, und einen Druckeinlaß 26, der in Verbindung mit der Druckkammer 23 mit

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der Saugleitung stromab des Kompressors 2 steht. In der Unterdruckkammer 22 ist eine Feder 27 zwischen dem Gehäuse 24 und der Membrane 21 angeordnet, um die Membrane 21 in Figur 3 nach links zu drücken und hierdurch über den Betätigungsschaft 20 das Abgasumgehungsventil 7 (Figur 1) geschlossen zu halten.

Das Membrangehäuse 24 hat eine Durchgangsöffnung 28 an der rechts liegenden Endwand, die für den Durchgang des Betätigungsschafts 20 bestimmt ist. Ein ringförmiges, bewegliches Element 29 liegt der Öffnung 28 der Endwand gegenüber und durch dieses Element geht ebenfalls der Betätigungsschaft 20. Auf der Innenseite des beweglichen Elements 2 9 ist ein ringförmiges Element 31 an dem Gehäuse 24 dem beweglichen Element 29 unter Zwischenschaltung eines O-Rings 30 gegenüberliegend fest angebracht. Der O-Ring 30 dient zur Abdichtungdes Betätigungsschafts 20.

Das bewegliche Element 29 wird von einer Dichtungsmertibrane 33 abgestützt, die fest an dem Gehäuse 24 angebracht ist. Das ringförmige Element 31 und die Membrane 33 sind mittels Schrauben 32 fest mit dem Gehäuse 24 verbunden. Insbesondere hat die Membrane 33 einen Außenumfangsabschnitt, der fest mit der Endwand des Gehäuses 24 verbunden ist, und einen Innenumfangsabschnitt, der fest mit dem beweglichen Element 29 verbunden ist.

Zwischen dem ringförmigen Element 31 und der Dichtungsmembrane 33 ist eine Feder 34 angeordnet. Eine weitere Feder 35 ist zwischen der Endwand und der Dichtungsmembrane 33 angeordnet. Der innere Rand der Durchgangsöffnung 28 trägt einen Anschlag 36, der der Bewegung

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der Dichtungsmembran 33 entgegenwirkt und die Bewegung derselben begrenzt. Die Innenfläche der Membrane 33 ist dem Unterdruck in der Kammer 22 über eine Vielzahl von Öffnungen 37 ausgesetzt, die in dem ringförmigen Element 31 ausgebildet sind.

Die innere Seitenfläche des beweglichen Elements 29 berührt den O-Ring 30 und ist in Form einer konisch ausgebildeten Fläche 38 ausgebildet, die eine Breite hat, die radial in Richtung nach innen kleiner wird. Wenn sich somit das bewegliche Element 29 dem ringförmigen Element 31 annähert, wird der O-Ring 30 zwischen den Elementen 29 und 31 durch die Axialkraft zusammengedrückt und durch die Kraftkomponente radial nach innen gedrückt, die von der konischen Fläche 38 erzeugt wird.

Wenn im Betrieb die Druckdifferenz zwischen dem Unterdruck in der Kammer 22 und dem Druck in der Kammer einen vorbestimmten Wert überschreitet, der durch die Druckkraft der Feder 27 bestimmt ist, d.h. im Betriebsbereich der Brennkraftmaschine mit niedriger Drehzahl, bei dem der Unterdruck in der Kammer 22 sehr hoch ist, oder bei einem Betriebsbereich bei hoher Drehzahl und hoher Belastung der Brennkraftmaschine, bei der der Druck in der Kammer 23 sehr hoch ist, bewegt sich die Membrane 21 entgegen der Druckkraft der Feder 27 nach rechts, so daß sich der Betätigungsschaft 20 nach rechts bewegt, um das Abgasumgehungsventil zu öffnen. Wenn die Druckdifferenz zwischen dem Unterdruck in der Kammer 22 und dem Druck in der Kammer 23 niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, wie zum Beispiel unter den normalen Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine, bleiben die Membrane 21 und der Betätigungsschaft 20 in ihren Ruhestellungen durch die Feder 27, so daß das Abgasumgehungs-

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ventil die Abgasumgehungsleitung absperrt.

Wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer 22 abnimmt, nimmt entsprechend die Druckdifferenz über der Dichtungsmembrane 33, die das bewegliche Element 29 trägt, zu, so daß die Membrane 33 entgegen der Druckkraft der Feder 34 nach links bewegt wird. Wenn sich das bewegliche Element 29, das von der Membrane 33 getragen wird, dem ringförmigen Element 31 annähert, wird der O-Ring 30 ax^al und radial nach innen zusammengedrückt, um eng in Berührung mit der Außenumfangsfläche des Betätigungsschafts 20 zu kommen. Auf diese Weise wird das Austreten von Umgebungsluft längs der Fläche des Betätigungsschafts 20 wirksam vermieden.

Wie beschrieben, wird die Dichtungskraft des O-Rings 30 dadurch aufgebracht, daß die Druckkraft zwischen dem O-Ring 30 und dem beweglichen Element 2 9 und die Druckkraft zwischen dem O-Ring 30 und dem Betätigungs— schaft 20 erzeugt wird. Diese Ausführungen bedeuten, daß die Dichtungskraft größer wird, wenn der Unterdruck in der Druckkammer 22 größer wird. Somit wird die Unterdruckkammer 22 gegen Leckstellen genauer mit der Kraft abgedichtet, die im wesentlichen proportional zum Unterdruck in der Unterdruckkammer, d.h. zur Druckdifferenz über dem O-Ring 30 ist. Auf diese Art und Weise wird das Austreten von Luft längs der Fläche des Betätigungsschafts 20 in die Unterdruckkammer 22 weitgehend ausgeschaltet.

Wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer 22 abnimmt oder im wesentlichen dem Atmosphärendruck entspricht, wird die Membrane 33 nicht nach links bewegt, so daß der O-Ring 30 nicht durch das bewegliche Element 29

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zusammengedrückt wird. Der Betätigungsschaft 20 bewegt sich demzufolge über den O-Ring 30 relativ frei und der O-Ring 30 kann sich nicht verformen und durch Abrieb verschlissen v/erden. Im normalen Betriebszustand der Brennkraftmaschine verschiebt die Membranbetätigungseinrichtung 19 somit präzise und genau den Betätigungsschaft 20, um das Abgasumgehungsventil zu öffnen oder zu schließen, das die Abgasumgehungslextung des Turboladers regelt.

Wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf arbeitet, liegt in der Unterdruckkammer 22 ein hoher Unterdruck an. Die Membrane 33 und das bewegliche Element 29 drücken den O-Ring 3ü zusammen, um längs dem Betätigungsschaft 2 0 eine ausreichend dichte Dichtung zu gewährleisten. Somit ist ein Austreten von Luft längs dem Betätigungsschaft 20 weitgehend vermieden, wodurch das Verhältnis des Luft/Kraftstoffgemisches und somit das Arbeiten der Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich stabilisiert werden.

Die Steuerschaltung kann so ausgelegt und beschaffen sein, daß die Zeitkonstante der Ansprechkennlinien der Unterdruckkammer 22 kleiner als jene der Druckkammer. 23 ist. Bei der plötzlichen Verzögerung von der Betriebsbedingung mit hoher Belastung bzw. hoher Drehzahl wird der O-Ring hierbei fest gegen den Betätigungsschaft gedrückt, der in jener Stellung verharrt, in der das Abgasumgehungsventil offen ist. Somit wird das Schließen des Abgasumgehungsventils verzögert und die Drehbewegung des Turboladers wird schnell langsamer. Demzufolge kann das Schwingen des Kompressors während der plötzlichen Verzögerung vermieden werden, wobei dieses Schwingen häufig bei den üblichen Steuereinrichtungen auftritt.

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Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ist die konische Fläche 38, die den O-Ring 30 axial und radial nach innen drückt/ so gezeigt, daß sie an dem beweglichen Element 29 ausgebildet ist. Eine solche konische Fläche kann jedoch auch auf dem ringförmigen Element 31 oder auf beiden, dem beweglichen und dem ortsfesten ringförmigen Element 2 9 und 31 ausgebildet sein.

Es ist darauf hinzuweisen, daß bei der Dichtungsauslegung des Betätigungsschafts nach der Erfindung die Dichtungskraft des O-Rings automatisch entsprechend dem Wert des Unterdrucks in der Unterdruckkammer 20 eingestellt wird, so daß eine übergroße Dichtungskraft für den gesamten Betriebsbereich nicht aufgebracht zu werden braucht. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß im normalen Betriebsbereich, bei dem der Betätigungsschaft 20 nicht abgedichtet zu werden braucht, durch den O-Ring im wesentlichen keine Dichtung erzielt wird. Somit ist der O-Ring frei von Verformungen und Verschleiß und die Standzeit des O-Rings ist besser.

Übliche Membranbetatigungseinrichtungen haben einen Betätigungsschaft, der sich durch die Unterdruckkammer erstreckt und bei denen unvermeidbar Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Abdichtung auftreten, wenn eine beträchtliche Druckdifferenz an den Dichtungseinrichtungen des Schafts auftritt, d.h. im niederen Drehzahlbereich und im geringen Belastungsbereich der Brennkraftmaschine. Eine solche Leckstelle beeinflußt unvermeidbar die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschinet Die in den Figuren 4 bis 7 gezeigte Lösung nach der Erfindung minimalisiert die Auswirkungen der Leckstelle

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ohne eine spezielle bzw. gesonderte Dichtungsauslegung.

Gleiche oder ähnliche Teile in Figur 1 sind in Figur mit denselben Bezugszeichen versehen.

Gemäß der in Figur 4 gezeigten Lösung ist ein Absperrventil 40 in eine Luftleitung 41 eingesetzt, die den stromabseitigen Druck des Kompressors 2 des Turboladers 1 in die Unterdruckkammer 10 der Membranbetätigungseinrichtung 9 leitet. Das Absperrventil 40 wird nach Maßgabe des Abgabedrucks des Kompressors 2 geregelt. Wenn die Brennkraftmaschine bei niederer Drehzahl und geringer Belastung arbeitet, wird die Saugdrosselklappe 3 nahezu vollständig geschlossen gehalten, so daß die dem Kompressor 2 zugeführte Luftmenge gering ist. Somit ist der Abgabedruck des Kompressors 2 niedrig, selbst wenn der Kompressor bei einer hohen Drehzahl arbeitet. Wenn der Abgabedruck des Kompressors 2, d.h. der Druck der stromabwärtigen Seite der Leitung 42, unter einen vorbestimmten Wert abfällt, wird das Absperrventil 40 geschlossen, um die Leitung 41 zu verschließen. Hierdurch wird die Unterdruckkammer der Membranbetätigungseinrichtung 9 von der stromaufwärtigen Seite der Leitung des Kompressors 2 getrennt.

In den Figuren 5 und 6 sind zwei Ausführungsbeispiele des Absperrventils 40 gezeigt.

Nach Figur 5 weist ein in der Leitung 41 eingesetztes Absperrventil 50 eine Niederdruckkammer 51, die in Verbindung mit der Leitung 41 steht, eine Hochdruckkammer 52, die in Verbindung mit einer Zweigleitung 44 steht, eine Membrane 53, die die Niederdruck- und Hochdruckkammern 51 und 52 abteilt, und eine Feder 54 auf, die die

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Membrane 53 in Richtung auf die Hochdruckkammer 52 drückt. Die Leitung 44 ist mit einer in Figur 4 gezeigten Leitung 43 verbunden, die die stromabwärtige Leitung 42 mit der Druckkammer 9' der Membranbetäti— gungseinrichtung verbindet.

In der Niederdruckkammer 51 sind ein Ventilsitz 55 und ein Ventilelement 56 vorgesehen, das mit dem Ventilsitz 55 zusammenarbeitet und auf der rechten Seite der Membrane 53 angebracht ist. Wenn das Ventilelement 56 mit dem Ventilsitz 55 zusammenarbeitet, bzw. in diesen eingreift, ist die Leitung 41 abgesperrt.

Wenn beim Betreiben der Druck in der Hochdruckkammer 52, d.h. der Druck in der stromabwärtigen Seite der Leitung 42 größer als ein vorbestimmter Wert wird, wird die Membrane 53 entgegen der Feder 54 nach rechts gedrückt und bewegt das Ventilelement 56 von dem Ventilsitz 55 weg, um die Verbindung der Leitung 41 zu öffnen. Unter normalen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine regelt die Membranbetätigungseinrichtung 9 somit das~ Abgasumgehungsventil entsprechend der Druckdifferenz zwischen den stromabwärtig und den stromaufwartig liegenden Seiten der Leitungen des Kompressors.

Wenn der Druck in der Hochdruckkammer 52 niedrig ist, wird die Membrane 53 in ihrer Ruhestellung gehalten und das Ventilelement 56 greift in den Ventilsitz 55 ein, so daß die Leitung 41 geschlossen ist.

Eine weitere Ausfuhrungsform des Absperrventils ist in Figur 6 gezeigt und mit 60 bezeichnet. Dieses Absperrventil 60 weist ein Gehäuse 61, das in Verbindung mit den Leitungen 41 und 44 wie in Figur 5 steht, ein kolben-

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förmiges Ventilelement 62, das in dem Gehäuse 61 gleitend beweglich eingesetzt ist und in dem Gehäuse eine Hochdruckkammer 63 und eine Niederdruckkammer 6 4 abteilt, und eine Feder 65 auf, die das Ventilelement 62 in der Zeichnung nach links drückt, um die Leitung 41 zu verschließen. Das Ventilelement 62 hat ein hervorstehendes Umfangsteil 66 und eine Ringnut 67- Eine in der Seitenwand des Ventilelements vorgesehene öffnung 68 verbindet die Nut 67 mit der Niederdruckkammer 64.

Das Ventilelement 62 wird durch die Druckkraft der Feder 65 in der in Figur 6 gezeigten Schließstellung gehalten, Jn der der hervorspringende Umfangsteil 66 eine Öffnung 69 abdeckt, die in Verbindung mit der Lei~ tung 41 steht. Unter normalen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ist die Druckdifferenz zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckkammer 63 und 64 ausreichend hoch, so daß sich das Ventilelement 62 entgegen der Feder 65 nach rechts bewegt. Somit bewegt sich der hervorstehende Umfangsteil 66 über die Öffnung 69 hinaus, die nunmehr in Verbindung mit der Nut 67 steht, um die Leitung 41 zu öffnen. In dieser Stellung regelt die Membranbetätigungseinrichtung das Abgasumgehungsventil.

In Figur 7 ist eine weitere Ausfuhrungsform nach der Erfindung gezeigt, bei der ein Absperrventil 70 in die Membranbetätigungseinrichtung 9 nach Figur 2 eingebaut ist. Gleiche oder ähnliche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Wie in Figur 7 gezeigt, ist der Betätigungsschaft 12 indirekt auf der Membrane 11 angebracht und eine Feder 61 ist zwischen der Membrane 11 und dem Betätigungsschaft 12 eingefügt. Die Feder 61 ist schwächer als die

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Feder 13, die sowohl in Eingriff mit dem Betätigungsschaft 12 als auch mit der Endwand 17 der Membranbetätigungseinrichtung 9 steht.

Die Unterdruckkammer 10 steht über das Absperrventil 70 in Verbindung mit der Leitung 41. Das Absperrventil 70 weist ein zylindrisches Gehäuse 72 auf, das an beiden Enden offen ist und eine Seitenöffnung 73 hat, die in Verbindung mit der Leitung 41 steht. Ein zylindrischer Ventilkörper 74 ist gleitend beweglich in das Gehäuse 72 eingesetzt, um die öffnung 73 zu öffnen oder zu verschließen. Der Ventilkörper 74 ist mit der Membrane 11 über ein stabförmiges Element 75 verbunden.

Im üblichen Ruhezustand, d.h. wenn die Druckdifferenz zwischen der Druckkammer 9' und der Unterdruckkammer 10 kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, der durch die schwache Feder 71 vorgegeben ist, bleibt die Membrane 11 in der links liegenden Stellung in Figur 7 durch die Federn 13 und.71, so daß der Ventilkörper die seitliche öffnung 73 des zylindrischen Ventilgehäuses 72 absperrt.

Wenn der Druck in der Druckkammer 9¹ ausreichend hoch ist, bewegt sich die Membrane 11 entgegen der Feder nach rechts, um direkt in Berührung mit dem Betätigungsschaft 12 zu kommen. Der Ventilkörper 74 bewegt sich in dem zylindrischen Gehäuse 72 und die Öffnung 73 wird geöffnet, um die Leitung 41 in Verbindung mit der Niederdruckkammer 10 zu bringen. Somit wird die Membranbetätigungseinrichtung 9 wirksam, um das Abgasumgehungsventil zu steuern bzw. zu regeln.

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Bei den Ausführungsformen nach den Figuren 4 bis 7 wird die Betriebsbedingung mit niedriger Drehzahl und niedriger Belastung der Brennkraftmaschine durch den Druck in der stromabwärtigen Seite der Leitung des Kompressors ermittelt. Eine solche Betriebsbedingung kann jedoch auch basierend auf anderen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie dem Einlaß- oder Auslaßdruck der Turbine, dem Schmieröldruck in der Brennkraftmaschine selbst oder in dem Turbolader, der Drehzahl der Brennkraftmaschine oder dem Öffnungsgrad der Drosselklappe in der Saugleitung ermittelt werden.

Auch ist darauf hinzuweisen, daß im Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl und geringer Belastung der Brennkraftmaschine, bei denen der Einlaßdruck des Kompressors ein starker Unterdruck ist, und die Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine vermindert ist, die Verbindung zwischen der einlaßseitigen Leitung des Kompressors und der Unterdruckkammer der Membranbetätigungseinrichtung geschlossen ist. Somit wird zusätzliche Luft, die nicht durch die Saugdrosselklappe geht, selbst dann der Brennkraftmaschine nicht zugeführt, wenn die Membranbetätigungseinrichtung mit dem Nachteil der Bildung einer unerwünschten Leckstelle behaftet ist. Somit sind Schwankungen des Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff des Gemisches bei niederer Drehzahl und geringer Belastung vermieden und die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine wird stabilisiert. Selbst wenn die Schaftdichtung der Membranbetätigungseinrichtung nicht vollständig dicht ist, arbeitet die Membranbetätigungseinrichtung nur in dem üblichen Arbeitsbereich, so daß keine Leckprobleme auftreten. Somit kann der. Gleitwiderstand des Betätigungsschafts weitgehend vermindert werden, um eine gleichförmige bzw. ruckfreie Bewegung des Betätigungsschafts zu erzielen.

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Leerseife

Claims

PATENTANWÄLTE

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A. GRUNECKER

DlPL-ING

H. KINKELDEY

DR-ING

W. STOCKMAtR

DR-ING. · AeEiCALTEChT

K. SCHUMANN

DR RER NAT - DFL PHYS

P. H. JAKOB

DIFU-ING.

G. BEZOLD

DR. RER NAT- 3(

NISSAN MOTOR CO., LTD.

2, Takara-Clio, Kanagawa-Ku Yokohama City, Japan

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE *3

P 15 553 3. Oktober 1980

Membranbetätigungseinrichtung

Patentansprüche

( 1.) Membranbetätigungseinrichtung mit einer Druckkammer, die mit Überdruck oder Unterdruck versorgt wird,
einer Unterdruckkammer, die mit Unterdruck versorgt wird, einer Membrane, die die Druckkammer und die Unterdruckkammer begrenzt, und mit einem Betätigungsschaft, der sich durch einen Wandabschnitt der Unterdruckkammer erstreckt und an einem Ende mit der Membrane verbunden ist, wobei die Membrane bewirkt, daß sich der Betätigungsschaft in axialer Richtung gleitend relativ zu dem Wandabschnitt in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem über- oder Unterdruck in der Druckkammer und dem Unterdruck in der Unterdruckkammer bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (rechte End-

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TELEFON (Ο89) 22 28 62

TELEX Ο5-29 38Ο

TELESRAMME MONAPAT

TELEKOPIERER

30.37430

wand in Figur 3) mit einer Dichtungsanordnung (2 9 bis 33) versehen ist, die eine Dichtungsmembrane (33), die an dem Wandabschnitt angebracht ist, und einen axial beweglichen Innenumfangsabschnitt hat, der den Betätigungsschaft (12, 20) umgibt, ein bewegliches ringförmiges Element (29) , das von dem Innenumfangsabschnitt der Dichtungsmembrane (33) abgestützt wird, ein ortsfestes ringförmiges Element (31), das fest an dem Wandabschnitt der Unterdruckkammer ;22) angebracht ist und dem beweglichen ringförmigen Element (29) gegenüberliegt, und einen federnd nachgiebigen O-Ring (30) umfaßt, der zwischen den ringförmigen Elementen (29, 31) angeordnet ist und gleitend beweglich den Betätigungsschaft (12, 20) aufnimmt, und daß wenigstens eine der gegenüberliegenden Flächen (38) der ringförmigen Elemente (29, 31) derart konisch ausgebildet ist, daß der O-Ring (30) durch die gegenüberliegenden Flächen axial und radial nach innen zusammengedrückt wird, wenn der Unterdruck in der Unterdruckkammer (22) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
2. Membranbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß die Zeitkonstante der Ansprechkennlinie der Unterdruckkammer (22) kleiner als jene der Druckkammer (23) ist.
3. Meinbranbetätigungseinrichtung, gekennzeich net durch eine Druckkammer (23), die mit dem Abgabedruck eines Kompressors (2) einer mittels Turboladung aufgeladenen Brennkraftmaschine versorgt wird, eine Unterdruckkammer (22), die mit dem Einlaßdruck des Kompressors (2) versorgt wird, eine Membrane (11, 21), die die Druckkammer (23) und die Unterdruckkammern (22) begrenzt, einen Betätigungsschaft (12, 20),

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der sich durch einen Wandabschnitt der Unterdruckkammer (22) erstreckt und an einem Ende mit der Membrane (11, 21) und am anderen Ende mit einem Abgasumgehungsventil (7) verbunden ist, das die Öffnung einer Umgehungsleitung (6, 41) einer Turbine (5) der Brennkraftmaschine regelt, und durch eine Steuerschaltung, die eine Einrichtung enthält, die die Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine bei niederer Drehzahl und geringer Belastung ermittelt, wobei eine Ventileinrichtung (40; 50; 60; 70) in einer Leitung vorgesehen ist, die die Unterdruckkammer (22) mit dem Einlaßdruck des Kompressors (2) versorgt, und daß diese Ventileinrichtung (40; 50; 60; 70) in Abhängigkeit von der Ermittlungseinrichtung derart arbeitet, daß sie die Leitung (6; 41) bei der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine mit niederer Drehzahl und geringer Belastung schließt.

4. Membranbetätigungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (40; 50; 60; 70) in der Unterdruckkammer (22) angeordnet ist und ein Ventilelement (56; 62; 74) hat, das mit der Membrane (11, 21) verbunden ist.

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