DE102020100967A1 - Combined check and shut-off valve for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Es sind kombinierte Rückschlag- und Absperrventile für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Aktor (10), einem Strömungsgehäuse (20) mit einem Einlass (22) und einem Auslass (24), einer Ventilstange (12), die mittels des Aktors (10) bewegbar ist, einem Absperrelement (26), welches an der Ventilstange (12) befestigt ist und welches auf einen ersten Ventilsitz (28) absenkbar und von diesem abhebbar ist, einer Rückschlagplatte (34), die auf der Ventilstange (12) gelagert ist und welche in Abhängigkeit einer Druckdifferenz gegen einen zweiten Ventilsitz (32) bewegbar ist, der radial innerhalb des ersten Ventilsitzes (28) angeordnet ist und einer Feder (36), die zwischen dem Absperrelement (26) und der Rückschlagplatte (34) eingespannt ist und die Rückschlagplatte (34) in Richtung des zweiten Ventilsitzes (32) belastet, bekannt.Um die Montage und Herstellung des Ventils bei gleichbleibender Dichtigkeit zu vereinfachen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Strömungsgehäuse (20) einstückig ausgebildet ist und der zweite Ventilsitz (32) unmittelbar durch das Strömungsgehäuse (20) gebildet ist und an der Rückschlagplatte (34) zumindest eine Dichtlippe (42, 44) ausgebildet ist, die sich von der Rückschlagplatte (34) in Richtung zum Ventilsitz (32) erstreckt, und mit der die Rückschlagplatte (34) im die Durchströmungsöffnung (30) verschließenden Zustand der Rückschlagplatte (34) gegen den zweiten Ventilsitz (32) anliegt.There are combined check and shut-off valves for internal combustion engines with an actuator (10), a flow housing (20) with an inlet (22) and an outlet (24), a valve rod (12) which can be moved by means of the actuator (10), a shut-off element (26) which is attached to the valve rod (12) and which can be lowered onto and lifted from a first valve seat (28), a non-return plate (34) which is mounted on the valve rod (12) and which is dependent on a pressure difference is movable against a second valve seat (32) which is arranged radially inside the first valve seat (28) and a spring (36) which is clamped between the shut-off element (26) and the non-return plate (34) and the non-return plate (34 ) loaded in the direction of the second valve seat (32), known. In order to simplify the assembly and manufacture of the valve while maintaining the same tightness, it is proposed according to the invention that the flow housing (20) integrally is square and the second valve seat (32) is formed directly by the flow housing (20) and at least one sealing lip (42, 44) is formed on the non-return plate (34), which extends from the non-return plate (34) in the direction of the valve seat ( 32) and with which the non-return plate (34) rests against the second valve seat (32) when the non-return plate (34) closes the flow opening (30).
Description
Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Rückschlag- und Absperrventil für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Aktor, einem Strömungsgehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, einer Ventilstange, die mittels des Aktors bewegbar ist, einem Absperrelement, welches an der Ventilstange befestigt ist und welches auf einen ersten Ventilsitz absenkbar und von diesem abhebbar ist, einer Rückschlagplatte, die auf der Ventilstange gelagert ist und welche in Abhängigkeit einer Druckdifferenz gegen einen zweiten Ventilsitz bewegbar ist, der radial innerhalb des ersten Ventilsitzes angeordnet ist und der eine Durchströmungsöffnung, welche zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, nach radial innen und nach radial außen begrenzt, und einer Feder, die zwischen dem Absperrelement und der Rückschlagplatte eingespannt ist und die Rückschlagplatte in Richtung des zweiten Ventilsitzes belastet.The invention relates to a combined check and shut-off valve for an internal combustion engine with an actuator, a flow housing with an inlet and an outlet, a valve rod which can be moved by means of the actuator, a shut-off element which is attached to the valve rod and which is mounted on a first valve seat can be lowered and lifted from this, a non-return plate which is mounted on the valve rod and which is movable as a function of a pressure difference against a second valve seat which is arranged radially inside the first valve seat and which has a throughflow opening which is arranged between the inlet and the outlet is limited radially inward and radially outward, and a spring which is clamped between the shut-off element and the check plate and loads the check plate in the direction of the second valve seat.
Derartige kombinierte Rückschlag- und Absperrventile finden in Sekundärluftsystemen oder Ottopartikelfilter-Regenerationseinheiten von Verbrennungskraftmaschinen Verwendung. Sekundärluftsysteme bestehen aus einer Sekundärluftpumpe und einem Sekundärluftventil und dienen zur Schadstoffreduzierung beim Kaltstart des Verbrennungsmotors. Beim Kaltstart werden Ottomotoren mit einem Kraftstoffüberschuss gefahren, während gleichzeitig der Katalysator seine Arbeitstemperatur noch nicht erreicht hat. Deshalb entstehen zwischen Kaltstart und dem Einsetzen der Lambdaregelung große Mengen an Kohlenmonoxid (CO) sowie unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC). Um diese Emissionen zu senken, wird mittels der Sekundärluftpumpe vor den Katalysator Sekundärluft in den Abgastrakt geblasen. Durch den Sauerstoff der Sekundärluft werden die Schadstoffe Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) oxidiert. Bei dieser exothermen Nachverbrennung entsteht Wärmeenergie, die den Katalysator zusätzlich aufheizt und dadurch schneller auf Betriebstemperatur bringt.Combined check and shut-off valves of this type are used in secondary air systems or Otto particle filter regeneration units of internal combustion engines. Secondary air systems consist of a secondary air pump and a secondary air valve and are used to reduce pollutants when the internal combustion engine is cold started. During a cold start, gasoline engines are run with excess fuel, while at the same time the catalytic converter has not yet reached its working temperature. This is why large amounts of carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (HC) are produced between a cold start and the onset of the lambda control. In order to reduce these emissions, secondary air is blown into the exhaust system in front of the catalytic converter by means of the secondary air pump. The oxygen in the secondary air oxidizes the pollutants carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) to carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O). During this exothermic afterburning, thermal energy is generated, which additionally heats up the catalytic converter and thus brings it up to operating temperature more quickly.
Das Sekundärluftventil, welches zwischen der Sekundärluftpumpe und dem Abgasstrang angeordnet ist, dient einerseits als Rückschlagventil, welches verhindert, dass aufgrund der Abgaspulsationen Abgas in Richtung zur Sekundärluftpumpe strömt und diese schädigt und andererseits als Absperrventil, über welches der Zeitraum der Luftzuführung in den Abgasstrang geregelt werden kann.The secondary air valve, which is arranged between the secondary air pump and the exhaust system, serves on the one hand as a non-return valve, which prevents exhaust gas from flowing in the direction of the secondary air pump due to the exhaust gas pulsations and damages it and, on the other hand, as a shut-off valve, via which the period of air supply into the exhaust system is regulated can.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Sekundärluftventile bekannt, welche pneumatisch oder auch elektromagnetisch aktuiert werden. So ist aus der
Bei den bekannten Ausführungen besteht jedoch der Nachteil, dass der Aufbau der Ventile zur Erzielung einer ausreichenden Dichtigkeit relativ aufwendig ist und ein zu großer Bauraum benötigt wird. Entsprechend sind die Herstellkosten und der Montageaufwand der bekannten Absperr- und Rückschlagventile zu groß.In the known designs, however, there is the disadvantage that the construction of the valves to achieve sufficient tightness is relatively complex and too much space is required. Accordingly, the manufacturing costs and the assembly effort of the known shut-off and check valves are too great.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein kombiniertes Rückschlag- und Absperrventil für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, bei dem eine gute Dichtwirkung bei reduziertem Bauteile- Montage- und Herstellungsaufwand erreicht wird. Zusätzlich sollen Herstellkosten gesenkt sowie der benötigte Bauraum verringert werden.The object is therefore to create a combined check and shut-off valve for an internal combustion engine, in which a good sealing effect is achieved with reduced component assembly and manufacturing costs. In addition, manufacturing costs should be lowered and the space required should be reduced.
Diese Aufgabe wird durch ein kombiniertes Rückschlag- und Absperrventil für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a combined check and shut-off valve for an internal combustion engine with the features of main claim 1.
Dadurch, dass das Strömungsgehäuse einstückig ausgebildet ist und der zweite Ventilsitz unmittelbar durch das Strömungsgehäuse gebildet ist und an der Rückschlagplatte zumindest eine Dichtlippe ausgebildet ist, die sich von der Rückschlagplatte in Richtung zum Ventilsitz erstreckt, und mit der die Rückschlagplatte im die Durchströmungsöffnung verschließenden Zustand der Rückschlagplatte gegen den zweiten Ventilsitz anliegt, kann auf die Ventilplatte, die sonst als Ventilsitz dient, vollständig verzichtet werden. Auch ein separater Ring als Ventilsitz entfällt. Dies verringert den Montageaufwand und die Anzahl der Bauteile. Zusätzlich wird der benötigte axiale Bauraum verringert. Der Ventilsitz ist entsprechend an dem Gehäuseteil ausgebildet, in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist und an dem der Aktor befestigt wird.The fact that the flow housing is formed in one piece and the second valve seat is formed directly by the flow housing and at least one sealing lip is formed on the non-return plate, which extends from the non-return plate in the direction of the valve seat, and with which the non-return plate in the state that closes the flow opening Check plate rests against the second valve seat, the valve plate, which otherwise serves as a valve seat, can be completely dispensed with. There is also no need for a separate ring as a valve seat. This reduces the assembly effort and the number of components. In addition, the required axial installation space is reduced. The valve seat is correspondingly formed on the housing part in which a flow channel is formed and to which the actuator is attached.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Dichtlippe mit ihrem freien Ende in Richtung zu einer Seite, an der bei Auflage der Rückschlagplatte auf dem zweiten Ventilsitz ein höherer Druck anliegt, geneigt ausgebildet. So wird die Abdichtwirkung zwischen dem Ventilsitz und der Dichtlippe aufgrund der größeren Flexibilität der Dichtlippe verbessert. Die Neigung der Dichtlippe erfolgt entsprechend jeweils zu der Seite, an der im Normalbetrieb der Ventilvorrichtung der Einlassdruck anliegt. Die Rückschlagplatte dient dazu, bei Druckpulsationen eine Rückströmung zum Einlass zu verhindern. In diesem Moment liegt die Rückschlagplatte auf dem Ventilsitz auf, so dass zu diesem Zeitpunkt der Druck am eigentlichen Auslass des Ventils größer ist als am Einlass. Somit erfolgt die Neigung eines freien Endes der Dichtlippe zu der Seite, an der zu diesem Zeitpunkt ein höherer Druck anliegt, also zum Auslass. Dies führt dazu, dass die vorhandenen Druckdifferenzen zur Erhöhung der Anpresskraft der Rückschlagplatte auf den Ventilsitz genutzt werden, wodurch die Dichtigkeit erhöht wird. Bei Auflage der Rückschlagplatte auf dem zweiten Ventilsitz ist an der zum höheren Druck weisenden Seite der Dichtlippe ein Hinterschnitt ausgebildet. Eine Dichtlippe mit einem solchen Hinterschnitt ist durch eine entsprechende Geometrie im formgebenden Werkzeug einfach zu fertigen. Des Weiteren leistet ein solcher Hinterschnitt einen Beitrag zur verbesserten Abdichtwirkung, indem der höhere Abgasdruck im Vergleich zum Druck der Sekundärluft ausgenutzt wird. Der höhere Abgasdruck hat bei gegebener Dichtlippengeometrie das Bestreben, die Dichtlippe radial nach innen zu drücken und damit auch axial in Richtung des Ventilsitzes zu belasten, woraus eine verbesserte Abdichtung des Ventils resultiert.The at least one sealing lip is preferably designed to be inclined with its free end in the direction of a side on which a higher pressure is applied when the non-return plate rests on the second valve seat. The sealing effect between the valve seat and the sealing lip is improved due to the greater flexibility of the sealing lip. The inclination of the sealing lip takes place correspondingly to the side on which the inlet pressure is applied during normal operation of the valve device. The check plate is used to prevent backflow to the inlet in the event of pressure pulsations. At this moment the non-return plate rests on the valve seat, so that at this point in time the pressure is on The outlet of the valve is larger than the inlet. A free end of the sealing lip is thus inclined towards the side on which a higher pressure is applied at this point in time, that is to say towards the outlet. This means that the existing pressure differences are used to increase the contact pressure of the check plate on the valve seat, which increases the tightness. When the non-return plate rests on the second valve seat, an undercut is formed on the side of the sealing lip facing the higher pressure. A sealing lip with such an undercut is easy to manufacture by means of a corresponding geometry in the shaping tool. Furthermore, such an undercut makes a contribution to the improved sealing effect by utilizing the higher exhaust gas pressure compared to the pressure of the secondary air. With a given sealing lip geometry, the higher exhaust gas pressure tends to press the sealing lip radially inward and thus also to load it axially in the direction of the valve seat, which results in an improved sealing of the valve.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind an der Rückschlagplatte eine radial innere Dichtlippe und eine radial äußere Dichtlippe ausgebildet, wobei die radial äußere Dichtlippe eine axiale und eine radial nach außen gerichtete Komponente aufweist und radial außerhalb der Durchströmungsöffnung ausgebildet ist und die radial innere Dichtlippe eine axiale und eine nach radial innen gerichtete Komponente aufweist und radial innerhalb der Durchströmungsöffnung ausgebildet ist. Durch diese Dichtlippengeometrie entsteht unter Nutzung der anstehenden Druckverhältnisse am Innen- und Außenumfang der Dichtlippe eine verbesserte Anpresskraft auf die Rückschlagplatte und somit eine bessere Abdichtung.In an advantageous embodiment, a radially inner sealing lip and a radially outer sealing lip are formed on the check plate, wherein the radially outer sealing lip has an axial and a radially outward component and is formed radially outside the flow opening and the radially inner sealing lip has an axial and a having radially inwardly directed component and is formed radially inside the throughflow opening. This sealing lip geometry, using the existing pressure conditions on the inner and outer circumference of the sealing lip, creates an improved contact pressure on the non-return plate and thus a better seal.
Die Rückschlagplatte ist vorteilhafterweise aus einem elastischen Kunststoff hergestellt, was einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen beziehungsweise Unebenheiten am Ventilsitz ermöglicht, da eine Dichtwirkung durch die Verformung auch auf unebenen Flächen erreicht wird. Im Übrigen wird die beschriebene elastische Verformbarkeit zur Verbesserung der Abdichtung aufgrund der anliegenden Druckdifferenzen realisiert. Insbesondere ist somit die Dichtlippe elastisch verformbar, um die Abdichtwirkung zu erhöhen.The non-return plate is advantageously made of an elastic plastic, which enables a compensation of manufacturing tolerances or unevenness on the valve seat, since a sealing effect is achieved by the deformation even on uneven surfaces. In addition, the elastic deformability described is implemented to improve the seal due to the pressure differences that are present. In particular, the sealing lip is thus elastically deformable in order to increase the sealing effect.
In einer alternativen Ausführung ist die Rückschlagplatte aus einem Metall oder einem stabilen Kunststoff hergestellt und mit einem elastischen Kunststoff beschichtet, der die Dichtlippe bildet. So kann bei guter Abdichtung aufgrund der Flexibilität der Dichtlippe dennoch eine hohe Stabilität und Steifigkeit der Rückschlagplatte sichergestellt werden, um unerwünschte Verformungen zu verhindern.In an alternative embodiment, the non-return plate is made from a metal or a stable plastic and coated with an elastic plastic that forms the sealing lip. Thus, given a good seal, due to the flexibility of the sealing lip, a high level of stability and rigidity of the non-return plate can be ensured in order to prevent undesired deformations.
In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung ist der erste Ventilsitz einstückig mit dem Strömungsgehäuse ausgebildet, so dass auch für den ersten Ventilsitz kein zusätzliches Bauteil hergestellt und montiert werden muss und entsprechend der Bauraumbedarf und die Bauteileanzahl gering sind.In a further development of the invention, the first valve seat is designed in one piece with the flow housing, so that no additional component has to be manufactured and assembled for the first valve seat either and the space requirement and the number of components are correspondingly low.
Daraus folgend weist das Absperrelement eine elastische Kunststoffbeschichtung auf, mit der das Absperrelement gegen den ersten Ventilsitz bewegbar ist, um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten, da durch die Verformbarkeit der Kunststoffbeschichtung Toleranzen und Unebenheiten, die gegebenenfalls am ersten Ventilsitz vorliegen, ausgeglichen werden können.As a result, the shut-off element has an elastic plastic coating with which the shut-off element can be moved against the first valve seat in order to ensure a reliable seal, since tolerances and unevenness that may be present on the first valve seat can be compensated for by the deformability of the plastic coating.
Um zusätzlich zu vermeiden, dass die Rückschlagplatte oder das Absperrelement am Ventilsitz kleben, ist auf dem am Strömungsgehäuse ausgebildeten ersten Ventilsitz und/oder zweiten Ventilsitz eine PTFE-Beschichtung aufgebracht, durch die ein einfaches Lösen der Ventilkörper von ihren Sitzen sichergestellt wird.In order to additionally prevent the non-return plate or the shut-off element from sticking to the valve seat, a PTFE coating is applied to the first valve seat and / or second valve seat formed on the flow housing, which ensures that the valve bodies can be easily released from their seats.
Um bei kleinem Bauraum möglichst große Volumenströme bei geöffneten Ventilen sicherstellen zu können, erstreckt sich die Durchströmungsöffnung ringförmig über einen Umfang von 360°. Entsprechend stehen große Querschnitte zur Verfügung.In order to be able to ensure the largest possible volume flows with the valves open with a small installation space, the flow opening extends in a ring shape over a circumference of 360 °. Accordingly, large cross-sections are available.
Es wird somit ein kombiniertes Rückschlag- und Absperrventil für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, welches eine hohe Dichtigkeit trotz des Verzichts auf zusätzliche, die Ventilsitze ausbildende Bauteile, gewährleistet. Somit kann der axial benötigte Bauraum verringert werden, die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert und somit die Kosten bei der Herstellung und der Montage verringert werden.A combined check and shut-off valve for an internal combustion engine is thus created, which ensures a high level of tightness despite the fact that no additional components forming the valve seats are used. In this way, the installation space required axially can be reduced, the number of components required can be reduced, and thus the costs during manufacture and assembly can be reduced.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen kombinierten Rückschlag- und Absperrventils ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rückschlag- und Absperrventils in geschnittener Darstellung.
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1 shows a side view of a check and shut-off valve according to the invention in a sectional illustration.
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung besteht aus einem pneumatisch oder elektrisch betätigbaren Aktor
Am zum Aktor
Unmittelbar an einer Oberfläche des Strömungsgehäuses
Diese Rückschlagplatte
Soll im Betrieb ein Sekundärluftstrom in den Abgaskrümmer des Motors zugeführt werden, wird der Aktor
Bei Druckspitzen im Abgastrakt wird entsprechend eine Strömung vom Auslass
Die Ausrichtung und Position der Dichtlippen
Soll keine Luft mehr gefördert werden oder wird der Verbrennungsmotor ausgestellt, gelangt der Aktor
So wird mittels der Rückschlagplatte mit den Dichtlippen ein dichter Verschluss der Durchströmungsöffnungen hergestellt, ohne dass zusätzliche Ventilsitze hergestellt oder montiert werden müssen. Stattdessen können durch die Ausgestaltung der Rückschlagplatte und auch des Absperrelementes die Ventilsitze direkt am Strömungsgehäuse ausgebildet werden, so dass zusätzliche Bauteile entfallen. Entsprechend kann auch der axiale Bauraum verringert werden. Es wird auch bei vorhandenen Unebenheiten an den Ventilsitzen ein dichter Verschluss hergestellt, da durch die verwendeten elastischen Kunststoffe diese ausgeglichen werden können. Ein Zurückströmen von Abgasen in den Sekundärlufttrakt wird zuverlässig verhindert.For example, the non-return plate with the sealing lips creates a tight seal for the flow openings without the need to produce or install additional valve seats. Instead, the valve seats can be formed directly on the flow housing due to the design of the non-return plate and also of the shut-off element, so that additional components are not required. The axial installation space can also be reduced accordingly. A tight seal is produced even if there are unevenness on the valve seats, as these can be compensated for by the elastic plastics used. A backflow of exhaust gases into the secondary air tract is reliably prevented.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So sind Änderungen bezüglich des Aufbaus der verschiedenen Teile des kombinierten Rückschlag- und Absperrventils denkbar. Insbesondere können verschiedene Aktoren, wie pneumatische oder elektromagnetische Aktoren verwendet werden. Auch können zusätzliche Abstandselemente am Ventil ausgebildet werden, die bei geschlossenem Absperrelement die Rückschlagplatte vom Ventilsitz abheben. Auch kann die Dichtlippe unterschiedliche Formen aufweisen.It should be clear that the scope of protection of the present main claim is not limited to the exemplary embodiment described. Changes to the structure of the various parts of the combined check and shut-off valve are conceivable. In particular, various actuators, such as pneumatic or electromagnetic actuators, can be used. Additional spacer elements can also be formed on the valve, which lift the non-return plate from the valve seat when the shut-off element is closed. The sealing lip can also have different shapes.
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