DE4208045A1 - Sekundaerluftsteuer- und -rueckschlagventil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Kombinations­ rückschlag- und Absperrventil, genauer gesagt ein solches Ventil zum Regeln der Einführung von Sekundärluft in den Ab­ gasstrom einer Brenngasmaschine bei ausgewählten Zeiten während des Betriebes der Brennkraftmaschine.

Eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine solche für ein Kraftfahrzeug, ist üblicherweise mit einem katalytischen Wandler (Katalysator) versehen, um unverbrannte Kohlenwas­ serstoffe im Abgas zu oxidieren und andere Reaktionen auszu­ führen, die die Zusammensetzung des Abgases verbessern, be­ vor dieses in die Atmosphäre abgegeben wird. Ein solcher Ka­ talysator arbeitet am besten, wenn die Konzentration der Kohlenwasserstoffe und anderen Materialien im Abgas nicht zu hoch ist und eine angemessene Menge an Sauerstoff vorliegt.

Wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird, insbesondere bei Kaltstart, ist der der Brennkraftmaschine zugeführte Kraft­ stoff fett, und die Verbrennung ist weniger wirksam als bei warmer Brennkraftmaschine. Dies führt zu einer relativ hohen Konzentration an Kohlenwasserstoffen in dem dem Katalysator zugeführten Abgas. Zur gleichen Zeit ist der im Abgas vor­ handene Sauerstoff noch in einer geringeren Menge vorhanden als im Normalzustand. Das hat zur Folge, daß der Katalysator die Kohlenwasserstoffe im Abgas nicht in wirksamer Weise oxidiert, wenn die Brennkraftmaschine kalt ist. Die Tat­ sache, daß der Katalysator selbst noch nicht seine Betriebs­ temperatur erreicht hat, verstärkt dieses Problem.

Wenn die Brennkraftmaschine warm wird, ist der der Brenn­ kraftmaschine zugeführte Kraftstoff magerer und wird wirksa­ mer verbrannt, das Abgas enthält mehr Sauerstoff und der Ka­ talysator befindet sich auf seiner Betriebstemperatur. Somit kann der Katalysator mit einem besseren Wirkungsgrad arbei­ ten.

Das an Kohlenwasserstoffen reiche und an Sauerstoff arme Abgas einer kalten Brennkraftmaschine kann wirksamer kataly­ tisch behandelt werden, wenn es zeitweise mit einem oxidie­ renden Gas, üblicherweise Umgebungsluft, gemischt wird. Diese Luft wird über ein Sekundärluftzuführsystem zur Verfü­ gung gestellt. Bei einem bekannten Sekundärluftzuführsystem ist der Auslaß einer Pumpe für Umgebungsluft über ein Spei­ seventil und ein Rückschlagventil, die in Reihe angeordnet sind, mit dem Abgas verbunden.

Während eines kurzen Intervalles nach dem Start der Brenn­ kraftmaschine, beispielsweise von etwa zwei Minuten, arbei­ tet die Pumpe und das Speiseventil sowie das Rückschlagven­ til leiten Luft in das Abgas ein. Dieses Intervall wird üblicherweise von einem bordeigenen Computer zeitlich ge­ steuert, der auf die Funktion des Zündschalters anspricht. Am Ende des vorgegebenen Intervalls wird die Pumpe abge­ schaltet. Etwa zur gleichen Zeit wird das Speiseventil ge­ schlossen, um die Pumpe vom Abgassystem zu isolieren, bis Sekundärluft wieder benötigt wird.

Das Rückschlagventil verhindert ein Zurückströmen von Abgas in das Speiseventil und die Luftpumpe, während das Speise­ ventil offen ist. Eine solche Rückströmung kann bei Abwesen­ heit eines derartigen Rückschlagventiles durch eine Blockie­ rung des Abgassystems, Rückzündungen oder andere ungewöhn­ liche Bedingungen verursacht werden.

Fig. 1 zeigt eine mit einem Lufteinführsystem des Standes der Technik ausgerüstete Brennkraftmaschine. Das allgemein mit 10 bezeichnete System umfaßt einen Einlaßkrümmer 12, der eine Brennkraftmaschine 14 versorgt, die einen Auslaßkrümmer und ein Auslaßrohr bei 16 besitzt. Das Rohr 16 führt Abgas zu einer Lufteinführstelle 18. Ein Rohrstück 20 des Auslaß­ rohres verbindet die Stelle 18 mit einem Katalysator 22.

Das System zum Einführen von Sekundärluft an der Stelle 18 als Ergänzung des Abgasstromes umfaßt eine Luftpumpe 24 mit einer Auslaßleitung 26, die an die Einlaßöffnung 28 eines Speiseventils 30 geführt ist. Das Ventil 30 besitzt eine Auslaßöffnung 32, die an die Einlaßöffnung 34 eines Klappen­ ventils 36 angeschlossen ist, das wiederum eine Auslaß­ öffnung 38 aufweist, welche die Lufteinführstelle 18 mit Luft versorgt. Das Speiseventil 30 und das Klappenventil 36 sind beim Stand der Technik getrennte Teile und besitzen ge­ trennte Gehäuse. Die Luftpumpe 24 wird vom Computer 40 über die Signalleitung 41 ein- und ausgeschaltet.

Bei dem Speiseventil 30 handelt es sich um ein herkömmliches Tellerventil mit einer Scheibe 42, die mit einem Sitz 44 in Eingriff tritt, und einem Schaft 46 mit einem gegenüberlie­ genden oder abstromseitigen Ende 48. Der Schaft 46 kann ent­ lang seiner Achse gleiten, um die Scheibe 42 gegen den Sitz 44 zu pressen oder von diesem abzuheben. Das Ende 48 wird von einer Membranbetätigungseinheit 50 zum Öffnen oder Schließen des Ventils 30 positioniert und bewegt.

Die Membranbetätigungseinheit 50 umfaßt eine obere Kammer 52, die von einem oberen Gehäuse 54 gebildet wird, und eine untere Kammer 56, die von einem unteren Gehäuse 58 gebildet wird. Die obere und untere Kammer 52, 56 sind über eine Mem­ bran 60 voneinander getrennt. Die Membran 60 besitzt eine starre Platte 62, die am Ende 48 fixiert ist. Eine Feder 64 ist zwischen der Platte 62 und dem oberen Gehäuse 54 gela­ gert. Die untere Kammer 56 ist immer zur Umgebung hin offen. Die obere Kammer 52 besitzt eine Steueröffnung 65, die eine Unterdruckleitung 66 empfängt, welche über ein Solenoidven­ til 68 an den Einlaßkrümmer 12 angeschlossen ist, welcher eine übliche Unterdruckquelle darstellt. Das Ventil 68 wird von einem Solenoid 70 betätigt, das wiederum vom Computer 40 gesteuert wird.

Das Klappenventil 36 weist einen eine Öffnung besitzenden Steg 72 auf, der einen Sitz bildet, und eine ringförmige flexible Klappe 74, die über einen Knopf 76 an ihrer Mitte am Steg 72 befestigt ist. Wenn die Klappe 74 geschlossen ist, wie in Fig. 1 gezeigt, deckt sie die Öffnungen, wie bei 78 gezeigt, des Sitzes 72 ab. Wenn sich die Klappe 74 in Abhängigkeit von einem größeren Druck in der Einlaßöffnung 34 als in der Auslaßöffnung 38 öffnet, verformt sie sich, so daß sich ihr Außenrand 80 axial vom Steg 72 weg bewegt und die Öffnungen, wie bei 78, freigibt und somit einen Durch­ fluß ermöglicht. Die Klappe 74 ist durch einen Klappenhalte­ kegel 82, der ebenfalls durch den mittleren Knopf 76 am Steg 72 befestigt ist, gegen Losrütteln und übermäßige Verformung geschützt. Sie ist über eine Feder 83, die zwischen dem Ke­ gel 82 und der Klappe 74 gelagert ist, geringfügig vorge­ spannt, um die Klappe 74 im Normalzustand zu schließen und ihre Verformung während des Öffnens zu steuern. Das Ventil öffnet oder schließt sich automatisch und ermöglicht den Zu­ strom von Luft von der Pumpe 24 in die Einmündungsstelle 18, während ein Rückstrom des Abgases verhindert wird.

Das in Fig. 1 gezeigte herkömmlich ausgebildete Luftein­ führsystem funktioniert wie folgt: Wenn die Brennkraft­ maschine 14 gestartet wird, schaltet der Computer 40 die Luftpumpe 24 ein und gibt ein Signal an das Solenoid 70 ab, das Ventil 68 zu öffnen. Durch das offene Ventil 68 kann der Einlaßkrümmer 12 einen Teilunterdruck in der oberen Kammer 52 aufbauen, wodurch die Platte 62 der Membran 60 gegen die Vorspannung der Feder 64 angehoben und somit der Schaft 46 und die Scheibe 42 des Speiseventils 30 vom Sitz 44 abgeho­ ben und das Ventil 30 geöffnet werden. Luft von der Pumpe 24 strömt somit durch das Speiseventil 30, drückt die Klappe 74 von ihrem Sitz 72 weg und strömt über die Öffnungen 78 in die Auslaßöffnung 38 sowie die Lufteinführstelle 18, wo sie sich mit dem von der Brennkraftmaschine 14 über das Auslaß­ rohr 16 kommenden Abgas vermischt. Das Abgas-Luft-Gemisch strömt dann über das Rohrstück 20 in und durch den Katalysa­ tor 22.

Am Ende eines vorgegebenen Zeitintervalls, das der Betäti­ gung des Zündschalters folgt, wenn die Brennkraftmaschine 14 warm ist und auf der Basis eines mageren Kraftstoffgemisches arbeitet, gibt der Computer 40 an das Solenoid 70 ein Signal ab, das Ventil 68 so zu verschieben, daß der Einlaßkrümmer 12 gegenüber der Leitung 66 abgesperrt und die Leitung 66 mit der Umgebung in Kontakt gebracht wird. Hierdurch wird der Druck in der oberen und unteren Kammer 52 und 56 ausge­ glichen, wodurch die Feder 64 die Platte 62, den Schaft 46 und die Scheibe 42 gegen den Sitz 44 drücken und somit das Ventil 30 schließen kann. Der Computer 40 legt darüber hinaus etwa zur gleichen Zeit die Luftpumpe 24 still. Das Tellerventil 30 ist so orientiert, daß es bei dieser Ausfüh­ rungsform entgegen der Strömungsrichtung der Pumpe 24 schließt, so daß das Abgas durch die Ventile 30 und 36 in doppelter Weise daran gehindert wird, in die Leitung 26 ein­ zudringen.

Ein Problem bei dieser Ausführungsform des Standes der Technik besteht darin, daß ein Speiseventil 30 und ein unab­ hängiges Rückschlagventil 36 benötigt werden, um die Einfüh­ rung von Sekundärluft zu regeln und das Rückströmen von Ab­ gas zu verhindern. Zwei Ventile sind jedoch teurer und größer als ein einziges Ventil. Ein weiterer möglicher Nach­ teil besteht darin, daß die Oberfläche der elastischen Klappe 74 gegenüber der Seite, die zum Steg 72 weist, direkt den heißen, verschmutzten und chemisch aktiven Abgasen aus­ gesetzt ist, nachdem die Brennkraftmaschine warmgelaufen ist und die Einführung von Sekundärluft gestoppt wurde. Die Klappe 74 muß somit aus einem Material bestehen, das in ei­ ner derartigen Umgebung über eine ausgedehnte Zeitspanne funktionieren kann.

Ein Versagen der Klappe 74 und das daraus resultierende Aus­ gesetztsein des Speiseventils 30 und der Luftpumpe 24 den korrosiven Abgasen und vielleicht auch ein folgendes Versa­ gen des Speiseventils 30 und der Pumpe 24 kann für den Be­ treiber der Brennkraftmaschine nicht ohne weiteres erkennbar sein. Ein solches Versagen wird nur entdeckt, indem man die Abgase des Katalysators 22 mißt oder das Ventil 30 und die Pumpe 24 demontiert oder einer Inspektion unterzieht, so daß es von Bedeutung ist, daß die Klappe 74 eine äußerst lange Lebensdauer in dieser rauhen Umgebung besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sekundärluft­ steuer- und Rückschlagventil zu schaffen, das die Tätigkei­ ten des unabhängigen Speiseventils und unabhängigen Rück­ schlagventils des Standes der Technik verrichtet.

Des weiteren soll erfindungsgemäß ein Sekundärluftsteuer- und -rückschlagventil geschaffen werden, das billig, haltbar und zuverlässig ist.

Auch soll ein einziges Strömungsmittelventil zur Verfügung gestellt werden, bei dem eine flexible Klappe und eine starre Ventilscheibe zusammenwirken, um eine kombinierte Ventilfunktion auszuüben.

Es soll auch ein Klappenventil geschaffen werden, das über­ gangen und zur gleichen Zeit gegen Beschädigungen durch Kon­ takt mit dem Strömungsmittel geschützt werden kann.

Ferner soll ein Ventil zur Verfügung gestellt werden, das abwechselnd als Rückschlagventil und als Zwangsabsperrventil funktionieren kann.

Schließlich soll erfindungsgemäß ein Ventil vorgesehen wer­ den, das ein Klappenelement aufweist, das als Dichtung für ein überlagertes Tellerelement dient.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ventil gelöst, das die folgenden Bestandteile umfaßt: eine Einlaßöffnung, eine Auslaßöffnung, ein erstes Ventil­ element, das zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position hin- und herbewegbar ist, um normalerweise den Strömungsmitteldurchfluß zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung zu regulieren, und ein zweites oder vorrangi­ ges Ventilelement zum zwangsschlüssigen Schließen des Venti­ les und bei einer Ausführungsform zum Verriegeln (d. h. Ver­ hindern der Normalverschiebung) des Ventilelementes.

Eine Ausführungsform des Ventiles ist ein Klappenventil, das modifiziert ist, indem es durch eine starre, axial beweg­ liche Ventilscheibe über der Klappe überlagert wird. Die starre Scheibe ist zwischen einer Position außer Eingriff und einer Vorrangposition bewegbar. In ihrer Vorrangposi­ tion kann die Scheibe mit dem Sitz direkt in Eingriff treten oder die Klappe gegen den Sitz pressen. Die Scheibe kann so ausgebildet sein, daß sie die freiliegende Oberfläche der Scheibe schützt, während sie mit dieser oder dem Sitz in Eingriff steht.

Die Klappe und der Sitz funktionieren als Rückschlagventil, das eine Einwegströmung des Strömungsmittels ermöglicht, wenn die Vorrangstellung außer Eingriff gebracht ist. Im Eingriff der Vorrangstellung wird der Durchfluß des Strö­ mungsmittels in beiden Richtungen an der Klappe vorbei ver­ hindert. Ein zwischen der Scheibe und dem Sitz eingefangener Abschnitt der Klappe kann als Dichtung wirken, um das Ventil bei einer Ausführungsform zwangsläufig abzudichten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ab­ gassystems mit einem Sekundärlufteinführ­ system nach dem Stand der Technik, wobei ein herkömmliches Speiseventil und Rück­ schlagventil im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene der sich schnei­ denden Achsen der Einlaßöffnung und Aus­ laßöffnung eines erfindungsgemäß ausge­ bildeten kombinierten Speise- und Rück­ schlagventils;

Fig. 3 eine Detailansicht des Ventils der Fig. 2, die die Ventilscheibe im zurückge­ zogenen Zustand und das Klappenventil im geschlossenen Zustand zeigt;

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, mit der Ausnahme, daß das Klappenventil offen ist; und

Fig. 5 eine Detailansicht eines Ventils ähnlich dem der Fig. 2, mit der Ausnahme, daß die Ventilscheibe das Klappenventil voll­ ständig überbrückt und mit dem Sitz di­ rekt in Eingriff steht.

Obwohl die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit bestimm­ ten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, daß sie nicht auf diese Ausführungsformen be­ schränkt ist. Sie umfaßt im Gegenteil sämtliche Alternati­ ven, Modifikationen und äquivalente Ausführungsformen, wie sie durch den Schutzumfang der Patentansprüche abgedeckt sind. Ähnliche oder entsprechende Elemente in den ent­ sprechenden Ansichten sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist das kombinierte Ventil 84 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Ventil 84 der Fig. 2 ersetzt unmittelbar das Speiseven­ til 30, das Klappenventil 36 und die Membranbetätigungsein­ heit 50, die in Fig. 1 gezeigt sind. In anderer Hinsicht ist das System 10 durch diesen Austausch nicht verändert worden. Somit besitzt das Ventil 84 eine Einlaßöffnung 28, die das von einer Pumpe 24 abgegebene Medium aufnehmen kann, eine Auslaßöffnung 38, die Luft einer Lufteinführstelle 18 zuführen kann, und eine Steueröffnung 65, die an eine Unter­ druckleitung 66 eines Systems wie in Fig. 1 angeschlossen werden kann. Die vorstehend wiedergegebene Systembeschrei­ bung wird an dieser Stelle nicht wiederholt und trifft in gleicher Weise auf die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform zu.

Wie man speziell den Fig. 2 bis 4 entnehmen kann, umfaßt das allgemein mit 84 bezeichnete Ventil des weiteren einen Sitz 86 mit einer stromauf gelegenen Seite 88, die in Strö­ mungsmittelverbindung mit der Einlaßöffnung 28 steht, und einer stromab gelegenen Seite 90, die in Strömungsmittelver­ bindung mit der Auslaßöffnung 38 steht (die hier verwendeten Begriffe "stromauf und stromab" beziehen sich auf das Strö­ mungsmittel, beispielsweise Sekundärluft, das durch die Ein­ laßöffnung 28 einströmt und durch die Auslaßöffnung 38 aus­ strömt). Bei dieser Ausführungsform wird der Sitz 86 durch einen Steg gebildet, der Öffnungen aufweist, wie bei 92 ge­ zeigt, welche für eine Strömungsmittelverbindung zwischen der stromauf gelegenen Seite 88 und der stromab gelegenen Seite 90 sorgen, wenn das Ventil 84 vollständig geöffnet ist. Der Sitz 86 besitzt eine starre Lippe 94 an seiner stromab gelegenen Seite 90, die sämtliche Öffnungen 92 um­ gibt. Bei einer anderen Ausführungsform kann die stromab ge­ legene Seite 90 des Sitzes 86 ohne eine genau definierte Lippe 94 funktionieren.

Der den Sitz 86 bildende Steg ist in ein Gehäuse 96 einge­ setzt und wird durch eine Ringdichtung 98 abgedichtet, die eine stromab gelegene Fläche 100 besitzt, die das Gehäuse 96 und den Sitz 86 überlappt, sowie eine stromauf gelegene Fläche 102, die von einem Flansch 104 einer die Auslaß­ öffnung 28 bildenden Umhüllung 106 überlappt und umgeben wird. Diese Beziehung der Teile untereinander wird auf­ rechterhalten, indem der Außenabschnitt des Flansches 104 um den Flansch 108 des Gehäuses 96 gerollt ist, um beide mit­ einander zu verbinden.

Das erste Ventilelement, nämlich eine Klappe 110, ist ring­ förmig und flexibel und besitzt eine erste und zweite Vor­ derseite 112 und 114. Die Klappe 110 ist an ihrer Mitte über einen Knopf 116 am Sitz 86 befestigt. Die erste Seite 112 der Klappe 110 ist benachbart zur stromab gelegenen Seite 90 des Sitzes 86 montiert. Die Klappe 110 ist nominell zwischen einer offenen Position (in der sie abstromseitig verformt ist, wie in Fig. 2 gezeigt), damit Strömungsmittel durch den Sitz 86 von der Einlaßöffnung 28 zur Auslaßöffnung 38 strömen kann, und einer auf stromseitig gelegenen oder ge­ schlossenen Position, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist und in der die erste Seite 112 am Sitz 86 anliegt, axial verformbar. Wenn die Klappe 110 geschlossen ist, bedeckt sie die Öffnungen 92 des Sitzes 86. Wenn sich die Klappe in Ab­ hängigkeit von einem größeren Druck in der Einlaßöffnung 28 als in der Auslaßöffnung 38 öffnet, gibt sie die Öffnungen 92 frei und ermöglicht somit einen Strömungsmitteldurchfluß durch das Ventil 84. Die Klappe 110 wird gegen Losrütteln und übermäßige Verformung durch einen Klappenhaltekegel 118 geschützt, der ebenfalls über den mittleren Knopf 116 am Sitz 86 befestigt ist. Das Ventil öffnet oder schließt auto­ matisch und ermöglicht, daß Luft von der Pumpe 24 (wie in Fig. 1 gezeigt) zur Verbindungsstelle 18 (Fig. 1) strömen kann, während es einen rückwärts gerichteten Abgasstrom ver­ hindert, wenn die Druckdifferenz zwischen der Einlaßöffnung und Auslaßöffnung umgekehrt wird.

Obwohl das Rückschlagventil der Fig. 1 und das der Fig. 2-4 einander entsprechen, besitzen sie bei dieser Aus­ führungsform einige spezielle Unterschiede. Der Klappenhal­ tekegel 118 der Fig. 2-4 befindet sich näher am Sitz und besitzt einen kleineren Radius relativ zu dem der Klappe 110 als der entsprechende Kegel 82 der Fig. 1. Durch diesen Un­ terschied kann die Scheibe 122, die weiter unten beschrieben wird, flacher ausgebildet sein und einen relativ kleinen Durchmesser besitzen und trotzdem den Kegel 118 überbrücken.

Obwohl das Ventilelement 110 und der Sitz 86 der dargestell­ ten Ausführungsform ein Klappenventil bilden, werden auch andere Ventilelemente und entsprechende Sitze vorgeschlagen. Beispielsweise kann die Klappe 110 durch eine Scharnier­ platte und Fangplatte, einen Fangball, eine Irismembran, eine Schleuse oder ein Tor, ein Schmetterlingselement, einen in einer Hülse gleitenden Kolben, eine Scheibe, die schwenk­ bar am Sitz gelagert ist und Öffnungen aufweist, die in Übereinstimmung mit entsprechenden Öffnungen im Sitz oder aus der Übereinstimmung heraus gedreht werden können, oder andere Elemente, die sich relativ zum Sitz oder einem analo­ gen Element bewegen, um eine Öffnung teilweise oder voll­ ständig zu öffnen und zu schließen, ersetzt werden.

Die Ventilscheibe 122 der Fig. 2-4 und die Ventilscheibe 124 der Fig. 5 stellen jeweils Ausführungsformen eines zweiten Ventilelementes oder einer Vorrangeinrichtung dar, das bzw. die wahlweise mit dem Sitz und/oder dem Ventilele­ ment in Eingriff bringbar ist, um einen Durchfluß durch die Öffnungen 92 zu verhindern, und zwar unabhängig von jeg­ licher Druckdifferenz zwischen der Einlaßöffnung 28 und der Auslaßöffnung 38 in der Umgebung, in der das Ventil arbeiten soll. Bei der Ausführungsform der Fig. 2-4 funktioniert die Scheibe 122, indem sie das von der Klappe 110 gebildete Element in seiner geschlossenen Position hält und verhin­ dert, daß das Element 110 normalerweise verschoben wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 überbrückt die Scheibe 124 das Element 110 vollständig und sitzt direkt an einer konzentrischen äußeren Lippe 126 des Sitzes 128. Die Scheibe 122 kann auch modifiziert sein, in­ dem ein herabhängender Flansch um ihren Umfang herum ausge­ bildet ist, der den Rand des Elementes 110 abdeckt, so daß auf diese Weise die Funktionen der Scheiben 122 und 124 mit­ einander kombiniert werden.

Wie die Fig. 2-4 zeigen, ist die Ventilscheibe 122 als hutförmige Platte ausgebildet. Die Mitte oder der Kronenab­ schnitt 130 bildet einen ausgenommenen Abschnitt der auf­ stromseitig gelegenen Fläche 132 der Ventilscheibe 122, die zum Knopf 116 und zum Kegel 118 weist. Die Ausnehmung in der Fläche 132 ist so angeordnet, daß die Scheibe 122 den Knopf 116 und den Kegel 118 überbrücken kann, wenn sie sich am Sitz befindet, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Außenseite oder der Einfassungsabschnitt 134 der Scheibe 122 stimmt im we­ sentlichen mit der Lippe 94 und einem ringförmigen Abschnitt der Klappe 110 überein. Der Einfassungsabschnitt 134 besitzt eine Lagerfläche, die die Klappe 110 gegen die Lippe 94 klemmt, wenn die Scheibe im Eingriff steht, wie in Fig. 2 gezeigt, und im wesentlichen die Klappe 110 freigibt, wenn die Scheibe außer Eingriff steht, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt.

Ein spezieller Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Klappe 110 als Dichtung zwischen der Einfassung 134 und der Lippe 94 wirkt, während die relativ starre Scheibe 122 die zweite Seite 114 der Klappe 110 gegen eine korro­ sive, heiße oder in anderer Weise schädliche Umgebung ver­ stärkt und schützt.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann die hutförmige Scheibe als Becherscheibe ohne Einfassung ausgebildet sein. Bei einer weiteren Ausführungsform können der Kegel 118 und der Knopf 116 weggelassen sein, und die Scheibe 122 kann an ihrer unteren oder auf stromseitig gelegenen Seite im wesent­ lichen eben ausgebildet sein. Diese zuletzt genannte Aus­ führungsform ist besonders zweckmäßig, wenn die Klappe 110 durch ein starres scheibenförmiges Fangelement ersetzt wird. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann die Scheibe 122 durch einem Stange oder ein anderes verschiebbares Element ersetzt sein, das sich nicht im wesentlichen parallel zum Element 110 oder den Öffnungen 92 erstreckt, sondern das Element 110 oder ein vergleichbares Ventilelement (vorzugsweise ein starres Element) gegen seinen Sitz halten kann. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Krone 30 skelettförmig ausgebildet sein. Diese Ausführungsform wird jedoch in der Umgebung von Motorabgasen weniger bevor­ zugt, da eine skelettförmige Krone 30 den Schutz gegenüber Abgasen reduziert, den die Scheibe 122 der Klappe 110 bie­ tet.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist die Ventilscheibe 124 dieser Ausführungsform ebenfalls hutförmig ausgebildet und über­ brückt den Knopf 116 und den Kegel 118. Sie überbrückt je­ doch auch die Klappe 110, um direkt mit der konzentrischen Lippe 126 des Sitzes 128 in Eingriff zu treten. Für einige Anwendungsfälle kann diese Konstruktion vorteilhaft sein, da die Scheibe 124 und die äußere Lippe 126 die Klappe 110 vollständig gegenüber der Auslaßöffnung 38 des Ventils iso­ lieren. In anderen Fällen, insbesondere wenn die äußere Lippe 126 und die Einfassung 136 der Scheibe 124 jeweils starr ausgebildet sind und eine enge Dichtung zwischen ihnen erwünscht ist, kann die Konstruktion der Fig. 5 weniger vorteilhaft sein.

Bei einer Alternative zu der Ausführungsform der Fig. 5 können die axialen Anteile der Lippe 126 und der Krone 138 der Scheibe 124 verändert werden. Falls gewünscht, kann die Scheibe 124 flach ausgebildet werden und die Lippe 126 kann sich höher erstrecken als der Kegel 118, um einen ent­ sprechenden Effekt zu erreichen.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 2-5 sind die Scheiben 122 und 124 jeweils am aufstromseitigen Ende eines Schaftes 140 befestigt. Jeder Schaft 140 besitzt ein abstromseitiges Ende, das im wesentlichen von der gleichen Membranbetäti­ gungseinheit 50 betätigt wird, die zur Betätigung des Spei­ seventils 30 der Fig. 1 Verwendung findet. Die Membranbetä­ tigungseinheit 50 der Fig. 2 besitzt die gleiche Konstruk­ tion wie die der Fig. 1 und ist mit den gleichen Bezugs­ zeichen wie diese versehen. Andere hin- und herbewegliche Betätigungseinheiten, beispielsweise ein Nocken, eine Kurbel o. ä., können ebenfalls Verwendung finden.

Wie in den Fig. 2-4 dargestellt, kann die vorliegende Er­ findung auch dazu verwendet werden, um den Durchfluß von der Einlaßöffnung 28 zur Auslaßöffnung 38 feiner zu regulieren, indem man ein eingeschränktes Öffnen der Klappe 110 ermög­ licht. Um dies zu erreichen, wird die Höhe des durch die Leitung 65 angesaugten Unterdrucks zwischen einem Betrag, bei dem sich die Scheibe 122 setzen kann (wie in Fig. 2 ge­ zeigt), und einem Betrag, bei dem die Scheibe 122 vollstän­ dig außer Eingriff tritt (wie in den Fig. 3 und 4 ge­ zeigt), reguliert. Die Scheibe 122 kann somit bis zu einem beliebigen Punkt zwischen ihren Positionen in den Fig. 2 und 3 bewegt werden. Wenn sie sich in einer derartigen Zwischenlage befindet, kann die Scheibe 122 ein teilweises Öffnen der Klappe 110 ermöglichen, so daß auf diese Weise die durch den Sitz 86 strömende Luftmenge reduziert wird. Dies kann dazu verwendet werden, um die in das Abgas der Brennkraftmaschine 14 eingeführte Luftmenge allmählich zu reduzieren und nicht die Luftströmung abrupt abzusperren.

In Fig. 2 sind einige spezielle Konstruktionsdetails der dargestellten Ausführungsform gezeigt. Der Ventilkörper 96, das untere Gehäuse 58 und die in Fig. 1 gezeigten zugehöri­ gen Teile sind durch ein einstückiges geformtes und/oder be­ arbeitetes Gehäuse 144 gemäß Fig. 2 ersetzt. Das Gehäuse 144 besitzt einen einstückigen Steg 146, der ein Schaftlager 148 aus Bronze lagert, und eine ringförmige elastomere Dichtung 150 zur Führung und Abdichtung des Schaftes 140.

Erfindungsgemäß wird somit ein einziges Sekundärluftsteuer- und Rückschlagventil vorgeschlagen, das die Arbeit eines un­ abhängigen Speiseventils und Rückschlagventils des Standes der Technik verrichtet. Das Ventil kann billig, haltbar und zuverlässig sein. Eine flexible Klappe und eine starre Ven­ tilscheibe wirken zusammen und verrichten eine kombinierte Ventilfunktion. Das Klappenventil kann überlagert und gleichzeitig gegen Beschädigungen durch das damit in Kontakt stehende Strömungsmittel geschützt werden.

Das dargestellte Ventil kann abwechselnd als Rückschlagven­ til und als zwangsweise schließendes Absperrventil funktio­ nieren. Es kann eine Klappe als erstes Ventilelement umfas­ sen, die ebenfalls als Dichtung für ein überlagertes Schie­ berelement dient.

Claims (19)

1. Ventil, gekennzeichnet durch

• a) eine Einlaßöffnung (28),
• b) eine Auslaßöffnung (38),
• c) ein erstes Ventilelement, das normalerweise zwischen einer offenen Position zur Herstellung einer Strömungsmit­ telverbindung zwischen der Einlaßöffnung (28) und der Aus­ laßöffnung (38) und einer geschlossenen Position zur Verhin­ derung einer solchen Strömungsmittelverbindung verschiebbar ist, und
• d) ein zweites Ventilelement, das wahlweise mit dem ersten Ventilelement zum Halten des Ventilelementes in der ge­ schlossenen Position und zum Verhindern der Verschiebung des ersten Ventilelementes in Eingriff bringbar ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren einen Sitz (86) mit einer stromauf gelegenen Seite, die in Strömungsmittelverbindung mit der Einlaß­ öffnung (28) steht, und einer stromab gelegenen Seite, die in Strömungsmittelverbindung mit der Auslaßöffnung (38) steht, aufweist, der eine Öffnung (92) bildet, welche eine Strömungsmittelverbindung zwischen der stromauf gelegenen Seite und der stromab gelegenen Seite herstellt, wenn sich das erste Ventilelement in der offenen Position befindet.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilelement eine Klappe (110) mit einer ersten und zweiten Vorderseite aufweist, die zwischen der geschlossenen Position, in der die erste Seite der Klappe (110) im wesent­ lichen am Sitz (86) sitzt und die Öffnung (92) im wesent­ lichen blockiert, und der offenen Position, in der die erste Seite der Klappe (110) vom Sitz (86) abgehoben ist, verform­ bar ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventilelement ein verschiebbares Element (122, 124) zum wahlweisen Lagern gegen die zweite Seite der Klappe (110) umfaßt, um die Klappe (110) wahlweise in der geschlos­ senen Position zu halten.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Element (122, 124) eine erste und zweite Seite besitzt und daß die erste Seite zur zweiten Seite der Klappe (110) weist und einen Abschnitt aufweist, der in Richtung auf den Sitz (86) weist und sich im wesentlichen in die gleiche Richtung wie dieser erstreckt.

6. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventilelement ein verschiebbares Element (122, 124) aufweist, das zwischen einer ersten Position, in der das erste Ventilelement gegen den Sitz (86) gepreßt wird, und einer zweiten Position, in der das erste Ventilelement nicht gegen den Sitz (86) gepreßt wird, beweglich ist.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren ein Gestänge umfaßt, das einen ersten Abschnitt zur Aufnahme einer mechanischen Vorspannkraft und einen zweiten Abschnitt im Abstand vom ersten Abschnitt zur Über­ tragung der mechanischen Vorspannkraft auf das verschiebbare Element (122, 124) aufweist, um dadurch das verschiebbare Element zwischen seiner ersten Position und seiner zweiten Position zu bewegen.

8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge ein Druck-Zug-Gestänge ist.

9. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge ein Schaft (140) ist, der eine Achse aufweist, die den ersten Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt verbindet, und der auf eine Gleitbewegung entlang der Achse einge­ schränkt ist.

10. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilelement normalerweise durch eine Druckdifferenz zwischen der Einlaßöffnung (28) und der Auslaßöffnung (38) verschiebbar ist.

11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventilelement das erste Ventilelement trotz ei­ ner beliebigen Druckdifferenz zwischen der Einlaßöffnung (28) und der Auslaßöffnung (38) in der geschlossenen Posi­ tion halten kann.

12. Ventil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilelement des weiteren normalerweise in eine Zwischenposition zwischen der offenen und geschlossenen Position verschiebbar ist, um eine be­ grenzte Verbindung zwischen der Einlaßöffnung (28) und der Auslaßöffnung (38) zu schaffen, und daß das zweite Ventil­ element wahlweise mit dem ersten Ventilelement in Eingriff bringbar ist, um das erste Ventilelement in der Zwischen­ position zu halten und die Verschiebung des ersten Ventilele­ mentes zwischen der Zwischenposition und einer der offenen und geschlossenen Positionen zu verhindern.

13. Verriegelbares Rückschlagventil, gekennzeichnet durch

• a) eine Einlaßöffnung (28),
• b) eine Auslaßöffnung (38),
• c) einen zwischen der Einlaßöffnung (28) und der Auslaß­ öffnung (38) angeordneten Sitz (86), der eine aufstromseitig und eine abstromseitig gelegene Seite aufweist,
• d) eine Ventilklappe (110) mit einer ersten und zweiten Vorderseite, wobei die erste Seite benachbart zur abstrom­ seitig gelegenen Seite des Sitzes (86) montiert ist und die Klappe (110) normalerweise zwischen einer abstromseitigen offenen Position, um einen Strömungsmitteldurchfluß durch den Sitz (86) von der Einlaßöffnung (28) zur Auslaßöffnung (38) zu ermöglichen, und einer auf stromseitigen geschlosse­ nen Position, in der sich die erste Seite der Klappe (110) am Ventilsitz befindet, verformbar ist,
• e) ein Überlagerungselement (Element mit Vorrangstellung), das eine verschiebbare Ventilscheibe (122, 124) umfaßt, die abstromseitig von der Klappe (110) angeordnet ist und eine aufstromseitig und eine abstromseitig gelegene Seite be­ sitzt, wobei die aufstromseitig gelegene Seite zur zweiten Seite der Klappe (110) hinweist und eine Lagerfläche zur La­ gerung gegen die zweite Seite der Klappe (110) besitzt, um die Klappe wahlweise mit dem Sitz in Kontakt zu bringen, und wobei die abstromseitig gelegene Seite der Ventilscheibe (122, 124) am aufstromseitigen Ende eines axial gleitfähigen Schaftes (140) fixiert ist, der des weiteren ein abstromsei­ tiges Ende aufweist, und
• f) Überlagerungsbetätigungseinrichtungen, die gegen das abstromseitige Ende des Schaftes (140) gelagert sind, um den Schaft (140) und die Ventilscheibe (122, 124) wahlweise auf­ stromseitig zu verschieben und dadurch die Klappe (110) ge­ gen ihren Sitz zu pressen.

14. Ventil, gekennzeichnet durch

• a) eine Einlaßöffnung (28),
• b) eine Auslaßöffnung (38),
• c) ein Element, das zumindest normalerweise zwischen einer offenen Position zur Schaffung einer Strömungsmittelverbin­ dung zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung und einer geschlossenen Position zum Verhindern einer derartigen Verbindung verschiebbar ist,
• d) einen Sitz (36) mit einer aufstromseitig gelegenen Seite in Strömungsmittelverbindung mit der Einlaßöffnung (28) und einer abstromseitig gelegenen Seite in Strömungs­ mittelverbindung mit der Auslaßöffnung (38), wobei der Sitz (86) eine Öffnung (92) bildet, die für eine Strömungsmittel­ verbindung zwischen der aufstromseitig gelegenen Seite und der abstromseitig gelegenen Seite sorgt, wenn sich das Ele­ ment in der offenen Position befindet, und
• e) Überlagerungseinrichtungen, die wahlweise mit dem Sitz (86) in Eingriff bringbar sind, um den Strömungsmitteldurch­ fluß durch die Öffnung (92) zu blockieren.

15. Ventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtungen eine Ventilscheibe (122, 124) umfassen, die wahlweise mit dem Sitz (86) in Eingriff bring­ bar ist.

16. Ventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtungen wahlweise mit der abstromsei­ tig gelegenen Seite des Sitzes (86) in Eingriff bringbar sind.

17. Ventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement mit der abstromseitig gelegenen Seite des Sitzes (86) in Eingriff tritt, wenn sich das Element in der geschlossenen Position befindet.

18. Ventil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement zwischen der Ventilscheibe (122, 124) und dem Sitz (86) angeordnet ist, wenn die Überlagerungsein­ richtungen mit dem Sitz (86) in Eingriff stehen.

19. Ventil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement zwischen der Ventilscheibe (122, 124) und dem Sitz (86) festgeklemmt ist, wenn die Überlagerungsein­ richtungen mit dem Sitz (86) in Eingriff stehen.