DE3043527C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf Fluiddruck ansprechende Ventileinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind bisher die verschiedensten Emissionssteuersys­ teme für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen worden, um im Ab­ gas die Anteile an CH, CO, NO _x zu reduzieren. Diese Sy­ steme sind als Abgas-Rezirkulationssystem, Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis-Steuersysteme, Lufteinspritzsysteme, Zündzeitpunkt-Steuersysteme etc. bekannt. Sie sollen entsprechend den Fahrzuständen des Kraftfahrzeuges ar­ beiten, wobei sie nicht das Fahrvermögen desselben ver­ ringern dürfen. Jedes dieser Systeme hat eine Ventil­ einrichtung, um hiermit unabhängig die Arbeitsweise je­ des Systems entsprechend den Fahrzuständen zu steuern. Dies bedeutet, daß in jedem System ein gesondertes Ven­ til angeordnet und eine komplizierte Leitungsanordnung erforderlich ist. Dies führt zu hohen Kosten und einem komplizierten Leitungsverlauf in einem im Kraftfahrzeug nur begrenzten Raum.

Eine Ventileinrichtung mit den Merkmalen des Oberbe­ griffs des Patentanspruchs 1 ist aus der FR-PS 14 48 810 bekannt. Bei dieser bekannten Ventileinrichtung kommt als bewegliche Einrichtung eine mit einem Bund versehene Hohlstange zum Einsatz, die an ihren beiden Enden mit Steuerkanten versehen ist, welche auf ent­ sprechenden Ventilsitzen zu liegen kommen, die am Ge­ häuse der Ventileinrichtung ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventil­ einrichtung der angegebenen Art zu schaffen, die sich besonders gut für kraftfahrzeugtechnische Einsatzwec­ ke eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventil­ einrichtung der angegebenen Art mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung gelingt es, mit Hil­ fe einer einzigen Signaldrucköffnung eine erste Ein­ laßöffnung entweder mit einer ersten Auslaßöffnung oder mit einer zweiten Auslaßöffnung in Verbindung zu bringen, wobei die Ventilteile durch zwei federbeauf­ schlagte, stirnseitig von der Hohlstange betätigte Kör­ per gebildet sind. Die Hohlstange selbst besitzt somit bei der erfindungsgemäßen Lösung keine Steuerkanten, sondern die Körper liegen an entsprechenden Gehäusetei­ len an. Hierdurch wird der Verschleiß der Einrichtung herabgesetzt, da bei der erfindungsgemäßen Lösung die Hohlstange die Körper aus ihrer Anlage mit dem Gehäuse entfernt, während bei dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik die Hohlstange selbst in Anlage mit dem Ge­ häuse gerät. Auch die weiteren erfindungsgemäß vorge­ sehenen Merkmale machen die Ventileinrichtung für den Einsatzzweck zur Emissionssteuerung von Kraftfahrzeu­ gen besonders geeignet.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Ventileinrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß sie für die An­ ordnung von weiteren Einlaß- und Auslaßöffnungen ohne weiteres geeignet ist, so daß in einem solchen Fall eine relativ große Zahl von Strömungsmitteldurchgängen gesteuert werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Aus­ führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Längs­ schnitt eine auf Fluiddruck ansprechende Ventileinrichtung, die in einem schematisch gezeigten Emissionssteuersystem angeordnet ist.

Die Ventileinrichtung 10 ist mit einem Durchlaß bzw. einer Leitung 12, die stromauf einer Drosselklappe 11 angeordnet ist, um den Unterdruck entsprechend dem Öffnungsgrad der Drosselklappe 11 aufzunehmen, einem Durchlaß bzw. einer Leitung 14, um den im Motoransaug­ rohr 13 erzeugten Unterdruck aufzunehmen, einem Durch­ laß bzw. einer Leitung 15, um den Atmosphärendruck aufzunehmen, einem Durchlaß bzw. einer Leitung 17, die zu einem Staurohr bzw. einem Venturiabschnitt 16 eines Vergasers führt, einem Durchlaß bzw. einer Leitung 18, die zu einem Lufteinspritzsystem führt, sowie einem Durchlaß bzw. einer Leitung 20, die zu einem Abgas-Rezirkulationssystem 19 führt, verbunden.

Die Ventileinrichtung 10 besitzt vier Gehäuseteile 21 bis 24, die jeweils aneinander befestigt sind. Das erste Gehäuseteil 21 hat eine mit der Leitung 17 verbundene erste Auslaßöffnung 25. Das zweite Gehäuseteil 22 hat eine Signaldrucköffnung und dritte Auslaßöffnung 26 bzw. 27, die mit den Leitungen 12 bzw. 18 verbunden sind. Das dritte Gehäuseteil 23 besitzt eine mit der Leitung 15 ver­ bundene Einlaßöffnung 28, während das vierte Gehäuseteil eine zweite Einlaß- und zweite Auslaßöffnung 29 bzw. 30 aufweist, die mit den Leitungen 14 bzw. 20 verbunden sind. Eine zweite Membran 33 ist mit ihrem Außenumfang in einen inneren Fortsatz 31 des zweiten Gehäuseteils 22 eingesetzt; ein Sitzteil 32 ist an dem Fortsatz 31 befestigt und mit seinem Innenumfang fest an einer Hohlstange 34 angeordnet. Somit begrenzt die zweite Membran 33 eine zu der ersten Auslaßöffnung 25 führende Kammer 35. Ein Körper (Ventilteil) 38 ist innerhalb der Kammer 35 angeordnet und gewöhnlich von einer Feder 36 derart beaufschlagt, daß er Kontakt mit einem Sitzabschnitt 37 des Sitzteils 32 hat. Der Körper 38 kann entsprechend der Bewegung der Stange 34, wie im folgenden noch erklärt werden wird, auf Abstand vom Sitzabschnitt 37 gebracht werden, um somit einen Durchgang 39 innerhalb der Stange 34 über eine in der Stange 34 vorgesehene Öffnung 40 in Verbindung mit der Kammer 35 zu bringen. Die entsprechende Vorspannung kann mittels einer Aufnahmehülse 42 eingestellt werden, die entsprechend der Drehbewegung einer Schraube 41 verschoben wird, welche durch den Körper 21 in abdichtender Weise geschraubt ist.

Eine Membran 43 ist mit ihrem Außenumfang zwischen dem zweiten und dritten Gehäuseteil 22 bzw. 23 und mit ihrem Innenumfang zwischen der Platte 44, die das eine Ende der Stange 34 festhält, und einer an der Platte 44 angebrachten Platte 45 fest angeordnet. Somit ist die Membran 43 entsprechend der Änderung des Fluid-Signaldrucks bewegbar und begrenzt eine Kammer 46, die zu den Öffnungen 26 und 27 führt, sowie eine zu der Öffnung 28 führende Kammer 47. Die Platte 44 ist ständig von einer Feder 48 beaufschlagt, deren anderes Ende gegen das zweite Gehäuseteil 22 drückt. Das dritte Gehäuseteil 23 hat einen nach innen gerichteten Fortsatz 49, der eine Kammer 50 begrenzt, welche von der Kammer 47 begrenzt wird. Ein innerhalb der Kammer 50 angeordneter Körper (Ventilteil) 52 ist von einer Feder 51 beaufschlagt. Der Körper 52 befindet sich normalerweise in seiner geöffneten Stellung, so daß hierdurch eine Fluidverbindung zwischen den Kammern 47 und 50 aufgrund eines Ventilbetätigungsteils 53 ermöglicht wird, das innerhalb der Kammer 47 angeordnet ist und an seinem einen Ende mit dem Körper 52 und an seinem anderen Ende mit der Platte 44 in Kontakt sein kann. Der Körper 52 wird auf eine Bewegung der Platte 44 nach links hin durch die Feder 51 bewegt, so daß er in Kontakt mit einem an dem Ansatz 49 vorgesehenen Sitz 54 steht; damit ist die Fluidverbindung zwischen den Kammern 47 und 50 unter­ brochen. Das durch die Hohlstange 34 bestimmte rechte Ende des Durchgangs 39 wird zu der Kammer 47 hin geöffnet. Die Vorspannkraft der Feder 51 kann durch eine Aufnahmehülse 56 und eine durch das vierte Gehäuseteil 24 geschraubte Schraube 54 in derselben Weise wie die der Feder 36 eingestellt werden. Die Kammer 50 ist über ein Filter 57 mit der Öffnung 30 verbunden; die Öffnung 29 ist mit der Öffnung 30 über ein von einer Kappe 58 getragenes Filter 59 verbunden. Die Filter 57 und 59 arbeiten als Düsenöffnung.

Nimmt man an, daß sich das Kraftfahrzeug in einem Fahrzustand geringer Last, beispielsweise im Leerlauf befindet, so ist die Drosselklappe 11 wie in der Zeich­ nung gezeigt angeordnet; dann herrscht in der Leitung 12 Atmosphärendruck, während in der Leitung 14 Unter­ druck mit maximalem Wert herrscht. Dies bedeutet, daß Atmosphärendruck in der Kammer 46 vorliegt und die Membran mit den Platten 44 und 45 sowie der Stange 34 mittels der Feder 48 in der gezeigten Stellung gehalten wird. Deshalb ist das Ventilbetätigungsteil 53 durch die Platte 44 nach rechts vorgespannt, wodurch bewirkt wird, daß der Körper 52 von dem Sitz 54 abgehoben ist. Eine Fluidverbindung zwischen den Kammern 47 und 50 ist jetzt möglich. Somit wird der von der Ansaugleitung über die Öffnung 29 zu der Öffnung 30 übertragene Unterdruck durch das Einlassen von Atmosphärendruck durch die Öffnung 28 reduziert. Unter diesen Bedingungen wird der Körper 38 mittels der Feder 36 in Kontakt mit dem Sitz 37 gebracht, so daß hierdurch die Fluidverbindung zwischen den Kammern 47 und 35 unterbrochen wird.

Wenn das Kraftfahrzeug unter Fahrbedingungen mittlerer Last betrieben wird und die Drosselklappe 11 derart geöffnet ist, daß Vakuum in der Leitung 12 herrscht, wird der Unterdruck durch eine Verzögerungs­ einrichtung 60 zur Unterdruckübertragung, die ein Einwegrückschlagventil und eine Düse umfaßt, auf die Kammer 46 übertragen. Wenn der Unterdruck innerhalb der Kammer 46 die Vorspannkraft der Feder 48 über­ steigt, wird die Membran 43 mit den Platten 44 und 45 sowie der Stange 34 nach links bewegt, da innerhalb der Kammer 47 Atmosphärendruck herrscht. Ansprechend auf die Bewegung der Platte 44 folgen das Ventil­ betätigungsteil 53 und der Körper 52 aufgrund der Feder 51. Als Ergebnis hiervon wird der Körper 52 in Kontakt mit dem Sitz gebracht, so daß hierdurch die Fluidverbindung zwischen den Kammern 47 und 50 unter­ brochen wird. Deshalb wird der relativ hohe Unterdruck an der Öffnung 29 in der Öffnung 30 herrschen. Die Bewegung der Stange 34 nach links bewirkt, daß der Körper 38 gegen die Feder 36 außer Eingriff mit dem Sitz 37 kommt; als Ergebnis hiervon wird die Kammer 47 über den Durchgang 39 und die Öffnung 40 mit der Öffnung 25 verbunden.

Wenn das Fahrzeug unter Fahrbedingungen mit hoher Last betrieben und der Öffnungsgrad der Drosselklappe weiter erhöht wird, wird das Vakuum innerhalb der Leitung 12 reduziert; deshalb kehren die Platten 44, 45 und die Stange 34 in ihre gezeigten Ausgangslagen aufgrund der Feder 48 zurück. Teile der Ventileinrich­ tung werden somit in denselben Stellungen angeordnet, wie bei einem Fahrzustand geringer Last. Es ist zu beachten, daß Teile der Ventileinrichtung 10 ebenfalls in ihre gezeigten Stellungen zurückkehren, wenn die Fahrzeug-Fahrbedingungen von mittlerer auf niedrige Last geändert werden. Es ist ferner zu beachten, daß Teile der Ventileinrichtung 10 aufgrund der Anordnung des Rückschlagventils der Verzögerungseinrichtung 60 für die Vakuumübertragung schnell in ihre gezeigten Stellungen zurückkehren, wenn die Maschine plötzlich abgebremst wird.

Da die auf Fluiddruck ansprechende Ventileinrich­ tung 10 vorher arbeitet, wenn die Öffnung 25 über die Kammer 47 Atmosphärendruck aufnimt, wird Atmosphären­ druck zu dem Durchgang 62 übertragen, der die Schwimmerkammer 61 für den Treibstofftank und den Venturiabschnitt 16 verbindet. Damit ist die Ventilein­ richtung innerhalb des Brennstoff-Luftverhältnis- Steuersystem auf mageres Brennstoff-Luftverhältnis gesteuert.

Ein Steuerventil 19 für die Abgasrezirkulation weist eine Auslaßöffnung 63, die in Verbindung mit dem Ansaugsystem steht, und eine Einlaßöffnung 64 auf, die in Verbindung mit dem Abgassystem steht; das Ventil 19 weist ferner eine Einlaßöffnung 66, die über einen Durchgang bzw. eine Leitung 65 den Ansaugunterdruck empfängt, und eine Einlaßöffnung 67 auf, die in Ver­ bindung mit der Öffnung 30 steht. Innerhalb der Leitung 65 herrscht bei Fahrzuständen mittlerer Last ein ausreichender Unterdruck bzw. Vakuum. Wenn dieser Unterdruck durch die Einlaßöffnung 66 zu einer Kammer 69 übertragen wird, die durch eine Membran 68 begrenzt wird, wird ein an der Membran 68 angebrachtes Ventil 71 nach links gegen eine Feder 70 bewegt, um so die Fluid­ verbindung zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen 64 bzw. 63 herzustellen. Damit rezirkuliert ein Teil der Abgase in das Ansaugsystem. Während Fahrzuständen niedriger und hoher Last wird das Vakkum bzw. der Unterdruck innerhalb der Kammer 69 über die Leitung 65 reduziert. Die Membran 68 mit dem Ventil 71 wird jetzt in ihre ursprüngliche dargestellte Position durch die Feder 70 beaufschlagt, und das Ventil 71 unterbricht die Rezirkulation des Abgases. Mit dem Bezugszeichen 72 ist eine Atmosphärendruckkammer bezeichnet.

Der zu der Einlaßöffnung 67 geleitete Fluiddruck wirkt als Signaldruck für die Menge der Abgasrezir­ kulation. Wenn durch die Einlaßöffnung 67 ausreichen­ der Unterdruck in einer Kammer 73 herrscht, beaufschlagt dieser Unterdruck ein an einer Membran 75 angebrachtes Ventil 76 gegen eine Feder 74, um hierdurch einen Durchgang 77 zwischen der Einlaßöffnung 64 und dem Ventil 71 zu unterbrechen. Zu dieser Zeit wird die Fluidverbindung zwischen der Einlaßöffnung 64 und dem Ventil 71 lediglich durch einen Durchgang 78 hergestellt. Wenn der Unterdruck innerhalb der Kammer 73 reduziert wird, wird das an der Membran 75 angebrachte Ventil 76 mittels der Feder 74 in seine Offenstellung bewegt, wodurch die Fluidverbindung zwischen der Einlaßöffnung 64 und dem Ventil 71 sowohl durch den Durchgang 77 als auch durch den Durchgang 78 hergestellt wird. Mit dem Bezugszeichen 79 ist eine Atmosphärendruckkammer bezeichnet.

Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß, soweit der Unterdruck während Fahrzuständen niedriger und hoher Last innerhalb des Durchgangs 65 niedrig ist, das Ventil 71 in seiner geschlossenen Stellung gehalten wird; deshalb wird die Rezirkulation des Abgases ohne Rücksicht auf die Zustände der auf Fluiddruck ansprechenden Ventileinrichtung 10 unter­ brochen.

Wenn sich das Fahrzeug in einem Fahrzustand mit kleiner Last befindet, nimmt die Kammer 69 ausreichend Unterdruck auf, wodurch das Ventil 71 in seine Offen­ stellung bewegt wird, so daß hierdurch die Fluidver­ bindung zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen 64 und 63 hergestellt wird, so daß ein Teil der Abgase rezirkuliert. Unter diesen Zuständen wird der Durch­ gang 77 entsprechend dem Signaldruck, der von der Auslaßöffnung 30 der Ventileinrichtung 10 zu der Ein­ laßöffnung 67 übertragen wird, selektiv auf- und zu­ gesteuert, so daß die Menge des rezirkulierenden Abgases geeignet gesteuert wird. Insbesondere ist es wünschenswert, daß Teile der Ventileinrichtung 10 so ausgelegt sind, daß die Öffnung 30 vom Atmosphärendruck getrennt wird, aber mit der Öffnung 29 verbunden ist, wenn sich das Fahrzeug in einem Fahrzustand mittlerer Last befindet und der Öffnungsgrad der Drosselklappe 11 relativ gering ist. Somit nimmt die Kammer 73 den Ansaug-Unterdruck auf, und das Ventil 76 schließt den Durchgang 77. Die Rezirkulation der Abgase erfolgt lediglich durch den Durchgang 78; damit ist deren Menge relativ gering. Wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe 11 relativ groß ist, obwohl sich das Fahrzeug noch unter Fahrzuständen mittlerer Last befindet, ist es wünschenswert, daß die Einrichtung so ausgelegt ist, daß Teile der Ventileinrichtung 10 in ihre gezeigte Stellung zurückkehren. In diesem Zustand wird der Unterdruck, der auf die Kammer 73 übertragen wird, verringert und das Ventil 76 in seine Offenstellung bewegt, wodurch die Menge des rezirkulierenden Abgases erhöht wird, da die Rezirkulation des Abgases sowohl durch den Durchgang 77 als auch durch den Durchgang 78 erfolgt.

Die vorstehenden Darlegungen zeigen, daß es wünschenswert ist, daß die Einrichtung so ausgelegt ist, daß die Betriebszeit der Ventileinrichtung 10 und die Betriebszeit insbesondere des Ventils 19 in bezug auf das Ventil 71 unterschiedlich sind. Die Öffnung 27 kann durch den Durchgang 18 mit der Ventileinrichtung verbunden sein, die die Lufteinspritzung in das Abgassystem oder etwas ähnliches steuert.

Claims (5)

1. Auf Fluiddruck ansprechende Ventileinrichtung mit einem Gehäusekörper, der eine Einlaßöffnung, eine Sig­ naldrucköffnung und eine erste und zweite Auslaßöffnung aufweist, einer innerhalb des Gehäusekörpers angeord­ neten beweglichen Einrichtung, die entsprechend dem an der Signaldrucköffnung anliegenden Fluiddruck bewegbar ist, einer Hohlstange, die an der beweglichen Einrich­ tung angeordnet ist und einen Teil eines ersten Durch­ ganges zur Verbindung der Einlaßöffnung und der ersten Auslaßöffnung bildet, einem zweiten Durchgang zur Ver­ bindung der Einlaßöffnung und der zweiten Auslaßöffnung und Ventilteilen, die entsprechend der Bewegung der be­ weglichen Einrichtung den ersten und zweiten Durchgang öffnen und verschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung zur Emissionssteuerung von Kraft­ fahrzeugen dient, daß die bewegliche Einrichtung eine Membran (43) und zwei an der Membran und der Hohlstange (34) befestigte Platten (44, 45) umfaßt, daß die Ven­ tilteile durch zwei federbeaufschlagte, stirnseitig von der Hohlstange (34) betätigte Körper (38, 52) ge­ bildet sind, daß die Einlaßöffnung (28) in eine von der Membran (43) begrenzte Kammer (47) einmündet, daß die erste Auslaßöffnung (25 ) an einen Venturiabschnitt (16) eines Vergasers und die zweite Auslaßöffnung (30) an ein Steuerventil (90) zur Abgasrezirkulation angeschlos­ sen ist, daß die Einlaßöffnung (28) mit der Atmosphäre in Verbindung steht und daß die Signaldrucköffnung (26) vom Unterdruck entsprechend dem Öffnungsgrad einer Dros­ selklappe (11) beaufschlagt ist.

2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mit einer zweiten Einlaßöffnung (29) versehen ist, die von dem in einem Ansaugrohr (13) er­ zeugten Unterdruck beaufschlagt ist und die mit der zweiten Auslaßöffnung (30) in Verbindung steht.

3. Ventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der zweiten Einlaßöffnung (29) und der zweiten Auslaßöffnung (30) und zwischen der ersten Einlaßöffnung (28) und der zweiten Auslaßöffnung ( 30) jeweils ein Filter (57, 58) angeordnet ist.

4. Ventileinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hohlstange (34) eine zweite Membran (33) befestigt ist, die zusam­ men mit dem einen Körper (38) eine Kammer begrenzt, in die eine seitliche Öffnung (40) der Hohlstange (34) mündet.

5. Ventileinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Mem­ bran (43) begrenzte Kammer (46), in die die Signal­ drucköffnung (26) mündet, mit einer dritten Auslaßöff­ nung (27) versehen ist.