DE3121539C2

DE3121539C2 - Verzögerungsventil

Info

Publication number: DE3121539C2
Application number: DE3121539A
Authority: DE
Inventors: John Anton Aubel; William Hofman Bose; James Henry 62522 Decatur Ill. Burrows
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1980-06-02
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1983-04-28
Also published as: SE8102941L; FR2483557B1; GB2076940B; US4303095A; ES270768Y; IT8122076A0; ATA233981A; AT383869B; BR8103475A; FR2483557A1; JPS5722485A; GB2076940A; IT1136785B; CA1153276A; DE3121539A1; ES270768U; SE447291B

Abstract

Ein Verzögerungsventil für niedrige Differenzdrücke, das für Vakuum-gesteuerte Vorrichtungen geeignet ist. Das Ventil besitzt eine Eingangskammer, eine Ausgangskammer und eine dritte Kammer mit den folgenden Elementen: eine gesteuerte Strömungsöffnung in einer Trennplatte zwischen der Eingangskammer und der Ausgangskammer, eine Öffnung in der Trennplatte, eine Betätigungsmembran, die dichtend zwischen der Eingangskammer und der dritten Kammer angeordnet ist, eine hohle Stange mit einer Dichtung an einem Ende, die die Ausgangskammer und die dritte Kammer miteinander verbindet und sich durch die Trennplattenöffnung, die Eingangskammer und die Membran erstreckt sowie mit dieser verbunden ist und durch diese betätigt wird, und eine unter Vorspannung stehende Feder einer vorgegebenen Federkraft, um die Öffnung geschlossen zu halten, die entweder in der Eingangskammer oder der dritten Kammer angeordnet ist. Die Betätigungsmembran öffnet die Öffnung, um die Drücke in der Eingangskammer und der Ausgangskammer auszugleichen, wenn die Änderung des Eingangsdruckes oder Vakuums größer ist als die Vorspannkraft der Feder und zu plötzlich auftritt für eine schnelle Weitergabe durch die feste Öffnung. Bei Druckänderungen, die geringer sind als die Vorspannkraft der Feder oder derart langsam ablaufen, daß sie durch die Öffnung weitergegeben werden können, arbeitet das Ventil als ein normales Verzögerungsventil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verzögerungsventil mit einem Gehäuse, einer Trennplatte, die im Gehäuse eine Eingangskammer von einer Ausgangskammer trennt und die ein Durchlaßventil zwischen Eingangskammer und Ausgangskammer bildet sowie eine Drosselöffnung zwischen Eingangskammer und Ausgangskammer aufweist, wobei im Gehäuse eine Eingangsöffnung für die Eingangskammer und eine Ausgangsöffnung für die Ausgangskammer vorgesehen sind, einem in der Trennplatte angebrachten Rückschlagventil und einer Feder, die das Durchlaßventil in einer Schließstellung hält, wenn die Druckdifferenz zwischen Eingangs- und. Ausgangskammer kleiner als die Vorspannung der Feder ist. Ein Verzögerungsventil dieser Gattung ist aus der US-PS 4010721 bekannt. Bei diesem Verzögerungsventil ist die Trennplatte als bewegliche, mit dem Druck der Feder beaufschlagte Ventilplatte ausgebildet, die zusammen mit einem eine Gehäusebohrung umgebenden Dichtring das Durchlaßventil bildet. Die Drosselöffnung

ist in der Ventilplatte vorgesehen. Bei diesem Verzögerungsventil werden Druckänderungen des Eingangsdruckes (Signaldruckes), die unter einem der Vorspannung der Feder entsprechenden Druckwert bleiben, durch die Drosselöffnung nur verzögert an die Ausgangskammer weitergegeben, da in diesem Fall das Durchlaßventil geschlossen bleibt. Wenn jedoch — insbesondere aufgrund von schnellen Druckänderungen — die an der Ventilplatte anliegende Druckdifferenz den vorgegebenen Druckwert überschreitet, wird die Signaldruckänderung über das sich jetzt öffnende Durchlaßventil praktisch unverzögert an die Ausgangskammer weitergeleitet. Allerdings ist die Ansprechempfindlichkeit des vorbekannten Verzögerungsventils wegen der relativ großen Trägheit der starren Ventilplatte nicht sonderlich hoch.

Derartige Verzögerungsventile werden beispielsweise zwischen der Ansaugleitung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine und deren Zündpunktsteuerung bzw. Leerlaufdrehzahlsteuerung angeordnet, um bei kleinen Druckänderungen in der Ansaugleitung eine Verschiebung des Zündzeitpunktes zu verzögern und bei großen Druckänderungen in der Ansaugleitung eine normale Verschiebung des Zündzeitpunktes herbeizuführen. Zweck des Verzögerungsventils ist somit, eine optimale Verbrennung und somit eine Minderung der Schadstoffemission bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine herbeizuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechempfindlichkeit eines Druckverzögerungsventils, das Druckänderungen unterhalb eines vorgegebenen Wertes nur verzögert und oberhalb dieses Wertes unverzögert weitergibt, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verzögerungsventil mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Gehäuse eine von der Feder beaufschlagte Betätigungsmembran angeordnet ist, die auf der einen Seite mit dem Druck der Eingangskammer und auf der anderen Seite mit dem Druck einer Steuerkammer beaufschlagt wird, und daß sich eine hohle Stange von der Betätigungsmembran aus durch die Eingangskammer und einen Ventildurchlaß in der ortsfest angeordneten Trennplatte hindurcherstreckt, um eine Strömungsverbindung zwischen der Ausgangskammer und der Steuerkammer herzustellen, wobei eine am einen Ende der Stange vorgesehene Dichtung mit dem Ventildurchlaß der Trennplatte das Durchlaßventil bildet.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Druckverzögerungsventil wird das Durchlaßventil über die flexible Betätigungsmembran betätigt, die eine wesentlich höhere Ansprechempfindlichkeit als die bei dem vorbekannten Ventil vorgesehene starre Ventilplatte hat. Das erfindungsgemäß ausgebildete Druckverzögerungsven-

til ist somit weniger schwerfällig als das vorbekannte Druckverzögerungsventil, und es besitzt ein weiches und störungsfreies Ansprechverhalten. Darüber hinaus zeichnet es sich durch hohe Funktionssicherheit aus.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfiidung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung, in der gleiche Bezugsziffern zur Bezeichnung von gleichen Teilen dienen, erläutert Es zeigt

F i g. 1 eirvai Schnitt durch eine schematische Darstellung eines Verzögerungsventils und

F i g. 2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Verzögenmgsventils.

Das in F i g. 1 dargestellte Verzögerungsventil 10 besitzt ein Gehäuse 12 mit mindestens einer Seitenwand 13, einer Eingangsöffnung 14 und einer Ausgangsöffnung 16. Das Gehäuse ist in drei Kammern aufgeteilt Eifie Trennplatte 18 ist innerhalb des Gehäuses montiert und bildet zusammen mit dem Gehäuse 12 eine Ausgangskammer 20. Eine Betätigungsmembran 22, die dichtend innerhalb des Gehäuses montiert ist, bildet in Verbindung mit dem Gehäuse 12 eine Steuerkammer 24. Die Betätigungsmembran 22, die Trennplatte 18 und das Gehäuse 12 umgrenzen eine Eingangskammer 26, die zwischen den Kammern 20 und 24 angeordnet ist

Die Trennplatte 18 weist einen mittig angeordneten Ventildurchlaß 28 auf, der die Eingangskammer 26 und die Ausgangskammer 20 miteinander verbindet. Die Trennplatte 18 besitzt desweiteren eine feste Drosselöffnung 30. Schließlich ist ein als Schirmventil ausgebildetes Rückschlagventil 32 in der Trennplatte 18 montiert. Sowohl die öffnung 30 als auch das Ventil 32 stellen eine Verbindung zwischen der Eingangskammer 26 und der Ausgangskammer 20 her. Das Rückschlagventil 32 ist so angeordnet, daß es einen höheren Druck in der Eingangskammer 26 entspannt und dadurch diesen mit dem Druck der Ausgangskammer 20 ausgleicht. Die Drosselöffnung 30 verbindet die Eingangskammer 26 mit der Ausgangskammer 20 und ermöglicht eine allmähliche, gesteuerte Druckänderung zwischen den Kammern 20 und 26.

An jeder Seite der Betätigungsmembran 22 sind Platten 34 und 36 in den Kammern 24 und 26 montiert. Die Platten 34 und 36 besitzen mittig angeordnete öffnungen 38 und 40, durch die sich eine hohle Stange 42 erstreckt, wonach die öffnungen 38 und 40 abgedichtet sind. Die Stange 42 erstreckt sich durch die Kammer 26 und die Öffnung 23 und verbindet dadurch die Kammern 20 und 24. Die Stange 42 wird durch die Membran 22betätigt. An demjenigen Ende der hohlen Stange 42, das in die Kammer 20 durch den Ventildurchlaß 28 vorsteht, befindet sich eine Dichtung 44 zur Abdichtung des Ventildurchlasses 28, wenn sich das Ventil in der in F i g. 1 dargestellten Position befindet. Eine unter Vorspannung stehende Feder 46, die zwischen der Trennplatte 18 und der Platte 36 in der Kammer 26 montiert ist, hält die Dichtung 44 in einer geschlossenen Position in der in F i g. 1 dargestellten Ventilposition. Die Feder 46 wird so gewählt, daß sie eine Vorspannung mit einem vorgegebenen Wert ausübt.

Die Eingangsöffnung 14, die von der Eingangskammer 26 aus in der Seitenwand 13 gebildet ist, ist mit einem daran befestigten Fitting 48 versehen, um die Kammer 26 mit einer Vakuumquelle 52 in Verbindung zu bringen. In ähnlicher Weise ist die Ausgangsöffnung 16, die von der Ausgangskammer 20 aus in der Seitenwand 13 gebildet ist, mit einem darin befestigten Fitting 50 versehen, um die Kammer 20 und eine vakuumgesteuerte Vorrichtung 54, normalerweise ein Vakuummotor oder eine Beschleunigerpumpe, miteinander in Verbindung zu bringen.

Das Verzögerungsventil 10 spricht auf einen Vakuumzustand, in diesem Falle einen Druckzustand unter Atmosphärendruck an. Bei der Vakuumquelle kann es sich um die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine oder um eine Vakuumpumpe handeln. In demjenigen ίο Fall, bei dem der Unterdruck in der Ansaugleitung einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine Verwendung findet steuert das Ventil den sich ändernden Vakuumbedingungen derart nach, daß die folgenden Bedingungen erhalten werden:

(1) das Eingangsvakuum entspricht dem Ausgangsvakuum, wenn Vakuumänderungen auftreten, die größer sind als die Vorspannkraft der Feder 46; und

(2) bei Unterdruckdifferenzen, die größer sind als die Vorspannkraft der Feder 46, ermöglicht das Verzögerungsventi) 10 eine sofortige Angleichung des Eingangsvakuums an das Ausgangsvakuum und sieht nur für den letzten Abschnitt des Unterschiedes in der Größe des Vakuums eine Verzögerung vor.

In der in Fig. 1 dargestellten Position des Verzögerungsventils 10 ist die hohle Stange 42 so angeordnet, daß sich die Dichtung 44 mit der Trennplatte 18 in Ein-

griff befindet und dadurch die Öffnung 28 abdichtet. Die Betätigungsmembran 22 mit den Platten 34 und 36 wird durch die Vorspannkraft der Feder 46 in dieser Position gehalten. Der Druck oder das in der Ausgangskammer 20 befindliche Vakuum wird durch die hohle Stange 42 kontinuierlich der dritten Kammer 24 zugeführt.

Wenn ein Unterdruck in die Eingangskammer 26 eingeführt wird, kann er durch die feste Drosselöffnung 30 in die Kammer 20 dringen. Durch die Ausbildung der Drosselöffnung ist die Geschwindigkeit dieser Änderung jedoch relativ gering, so daß folglich das Druckniveau in den Kammern 20 und 24 normalerweise höher ist als das in der Kammer 26. Wenn der Unterdruck in der Kammer 26 größer wird, d. h. der Druck abnimmt, nimmt der Unterschied zwischen den Drücken in den Kammern 26 und 20 zu, bis er ausreichend groß ist, um die vorgegebene Vorspannkraft der Feder 46 zu überwinden. Wenn der Differenzdruck zwischen den Kammern 20 und 26 ansteigt, wird er durch den Differenzdruck zwischen den Kammern 24 und 26 abgeglichen.

Folglich biegt sich die Betätigungsmembran 22 in Richtung der Kammer 26 durch, verschiebt die hohle Stange 42 und bewegt auf diese Weise die Dichtung 44 vom Ventildurchlaß 28 weg. Dadurch wird eine unmittelbare Verbindung zwischen den Kammern 20 und 26 und durch die Stange 40 mit der Kammer 24 sichergestellt. Durch diese Verbindung werden die Unterdrücke in den Kammern 20, 24 und 26 ausgeglichen, bis die Feder 46 das Verzögerungsventil 10 in die dargestellte Position zurückführt, wenn der Differenzdruck zwischen den Kammern 20 und 26 geringer ist als die Vorspannkraft der Feder. Der verbleibende geringfügige Differenzdruck zwischen den Kammern 20 und 26 kann dann langsam durch die Drosselöffnung 30, die mit einem porösen Stopfen versehen sein kann, ausgeglichen werden.

Der in der Eingangskammer 26 vorhandene Unterdruck kann somit sofort in die Kammer 20 dringen, wenn plötzliche Änderungen der Unterdruckeingangs-

größe auftreten, die die Vorspannkraft der Feder 46 überschreiten. Diese unmittelbare Verbindung zwischen den Kammern 26 und 20 tritt auch dann auf, wenn ein plötzlicher Druckanstieg in der Eingangskammer vorhanden ist. Dieser Druckanstieg wird über das Rückschlagventil 32 von der Kammer 26 den Kammern 20 und 24 zugeführt. Folglich ist die Ausgangsunterdruckgröße geringer als die Eingangsunterdruckgröße oder entspricht dieser. Bei dem Zustand, bei dem die Summe des Druckes in der Ausgangskammer 20 und der Vorspannkraft der Feder dem Druck in der Eingangskammer 26 entspricht, berührt die Dichtung 44 den Sitz und dichtet den Ventildurchlaß 28 ab. Die letzte inkrementielle Unterdruckdifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangskammer kann sich langsam über die Drosselöffnung 30 ausgleichen.

Bei der Steuerung der Beschleunigerpumpe eines Kraftfahrzeuges wird dadurch das folgende Problem gelöst: Bei einem Falschstart, d. h. einer plötzlichen Beschleunigung und einer darauffolgenden plötzlichen Verlangsamung, wird die Änderung in der Größe des Unterdruckes von der Ansaugleitung unmittelbar durch die Eingangskammer 26 zur Ausgangskammer 20 und somit zur Beschleunigerpumpe (nicht gezeigt) geführt, um die Drosselklappenöffnung und somit die Drehzahl des Motors zu reduzieren. Diese Drehzahlverminderung führt zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch und ermöglicht dem Fahrer eine sofortige Steuerung der Leerlaufdrehzahl des Motors.

In F i g. 2 ist eine andere Ausführungsform eines Verzögerungsventils 110 dargestellt, das auf eine Druckänderung über Atmosphärendruck oder über einem Bezugsdruck anspricht. Das dargestellte Verzögerungsventil 110 besitzt ein Gehäuse 112 mit einer Seitenwand 113, das in drei Kammern aufgeteilt ist.

Eine Trennplatte 114 bildet zusammen mit dem Gehäuse 112 eine Ausgangskammer 116. Eine Betätigungsmembran 118 begrenzt zusammen mit dem Gehäuse 112 eine dritte Kammer 120. Zwischen der Betätigungsmembran 118 und der Trennplatte 114 ist eine Eingangskammer 122 vorgesehen.

Die Trennplatte 114 besitzt einen mittig angeordneten Ventildurchlaß 124, der die Kammern 122 und 116 miteinander verbindet. Die Trennplatte 114 umfaßt desweiteren eine feste Drosselöffnung 126. Ein als Schirmventil ausgebildetes Rückschlagventil 128, das einen höheren Druck von der Ausgangskammer 116 zur Eingangskammer 122 hin entspannt, ist ebenfalls in der Trennplatte 114 montiert. Durch den Ventildurchlaß 124 ist eine hohle Stange 129 eingesetzt, die sich durch die Kammer 122 zur Kammer 120 durch Platten 130 und 132, die jeweils mit mittleren Öffnungen 134 und 136 versehen sind, erstreckt Diese Platten 130,132 sind auf jeder Seite der Betätigungsmembran 118 in den Kammern 120 und 122 befestigt. Die Stange 129 ist an den Platten 130 und 132 befestigt und somit durch die Membran 118 verschiebbar. Die mittleren Öffnungen 134,136 sind abgedichtet, um eine Verbindung zwischen den Kammern 122 und 120 zu verhindern. An der Stange 129 in der Kammer 122 ist eine Dichtung 138 befestigt, die mit der Stange 129 beweglich ist und mit der Trennplatte 114 in Eingriff treten kann, um den Ventildurchlaß 124 abzudichten, wenn sich das Verzögerungsventil UO in der dargestellten Position befindet. Eine unter Vorspannung stehende Feder 140 ist zwischen der Platte 130 und dem Gehäuse 112 in der Kammer 120 angeordnet, um die Dichtung 138 in der geschlossenen Position zu hal-O ten, wie gezeigt.

Die Seitenwand 113 weist eine Eingangsöffnung 142 mit einem darin befestigten Fitting 144 auf, so daß eine Verbindung zwischen einer gesteuerten oder überwachten Druckquelle 150 und der Eingangskammer 122 hergestellt wird. Die Seitenwand 113 umfaßt ferner eine Ausgangsöffnung 146 mit einem darin befestigten Fitting 148, so daß eine Verbindung zwischen einer druckgesteuerten Vorrichtung 152 oder einem entsprechenden Element und der Ausgangskammer 116 hergestellt wird.

In der in Fig. 2 dargestellten Position des Verzögerungsventils 110 befindet sich die Dichtung 138 mit der Trennplatte 114 in Eingriff und unterbricht die Verbindung zwischen den Kammern 122 und 116 über die Öffnung 124. Der in der Kammer 116 vorhandene Druck wird kontinuierlich durch die Stange 129 der Kammer 120 zugeführt. Die Betätigungsmembran 118, die Stange 129 und die Dichtung 138 werden alle in ihren dargestellten Positionen gehalten, so daß die Öffnung 124 durch die Vorspannkraft der Feder 140 verschlossen wird. Ein relativ niedriger Druck, mit dem die Kammer 122 durch die öffnung 142 von einer Druckquelle 150 beaufschlagt wird, verbreitet sich über die feste Öffnrng 126 in die Ausgangskammer 116. Wenn der Druck in der Eingangskammer 122 derart groß ist, daß der Druckunterschied zwischen der dritten Kammer 120 und der Eingangskammer 112 größer ist als die Vorspannkraft der Feder 140, bewegt sich die Betätigungsmembran 118 und verschiebt die Dichtung 138 nach oben, so daß auf diese Weise die Öffnung 124 geöffnet und die in den Kammern 116 und 122 herrschenden Drücke die Drücke oberhalb der Vorspannkraft der Feder 140 ausgleichen können. Aufgrund der Verbindung über die Stange 129 sind die Drücke in den Kammern 116 und 120 gleich. Die Öffnung 124 bleibt daher offen, bis der Druckunterschied zwischen den Kammern 122 und 116 der Vorspannkraft der Feder 140 entspricht oder geringer als diese ist. jede Druckdifferenz zwischen den Kammern 122 und 116, die geringer ist als die Vorspannkraft der Feder 140, wird durch die Drosselöffnung 126 weitergegeben. Ein plötzlicher Druckanstieg in der Kammer 116 über den Druck in der Kammer 122 wird über das Rückschlagventil 128 schnei! ausgeglichen.

Die Vorspannkraft der Federn 46 und 140 der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen kann auf irgendeinen vorgegebenen Wert bis auf ca. 50 mm Quecksilbersäule herab oder größer eingestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verzögerungsventil mit einem Gehäuse, einer Trennplatte, die im Gehäuse eine Eingangskammer von einer Ausgangskammer trennt und die ein Durchlaßventil zwischen Eingangskammer und Ausgangskammer bildet sowie eine Drosselöffnung zwischen Eingangskammer und Ausgangskammer aufweist wobei im Gehäuse eine Eingangsöffnung für die Eingangskammer und eine Ausgangsöffnung für die Ausgangskammer vorgesehen sind, einem in der Trennplatte angebrachten Rückschlagventil und einer Feder, die das Durchlaßventil in einer Schließstellung hält, wenn die Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangskammer kleiner als die Vorspannung der Feder ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (12; 112) eine von der Feder (46; 140) beaufschlagte Betätigungsmembran (22; 118) angeordnet ist, die auf der einen Seite mit dem Druck der Eingangskammer (26; 122) und auf der anderen Seite mit dem Druck einer Steuerkammer (24; 120) beaufschlagt wird, und daß sich eine hohle Stange (42; 129) von der Betätigungsmembran (22; 118) aus durch die Eingangskammer (26; 122) und einen Ventildurchlaß (28; 124) in der ortsfest angeordneten Trennplatte (18; 114) hindurcherstreckt, um eine Strömungsverbindung zwischen der Ausgangskammer (20; 116) und der Steuerkammer (24; 120) herzustellen, wobei eine am einen Ende der Stange (42; 129) vorgesehene Dichtung (44; 138) mit dem Ventildurchlaß (28; 124) der Trennplatte (18; 114) das Durchlaßventil bildet.

2. Verzögerungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung (30; 126) der Trennplatte (18; 114) eine unveränderliche Öffnung ist.

3. Verzögerungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Drosselöffnung (30; 126) der Trennplatte (IiS; 114) ein poröser Stopfen angeordnet ist.

4. Verzögerungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Feder (46; 140) einem Druck von 50,8 mm Quecksilbersäule entspricht.

5. Verzögerungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (44) von der Ausgangskammer (20) aus gegen den Ventildurchlaß (28) bewegbar ist und das Rückschlagventil (32) von der Eingangskammer (26) zur Ausgangskammer (20) öffnet, so daß das Durchlaßventil auf negative Druckänderungen anspricht.

6. Verzögerungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (138) von der Eingangskammer (122) aus gegen den Ventildurchlaß (124) bewegbar ist und das Rückschlagventil (128) von der Ausgangskammer (116) zur Eingangskammer (122) öffnet, so daß das Durchlaßventil auf positive Druckänderungen anspricht.