DE69307676T2

DE69307676T2 - Electrically controlled valve for canister recycling system

Info

Publication number: DE69307676T2
Application number: DE1993607676
Authority: DE
Inventors: Henri Mazet
Original assignee: Magneti Marelli France SAS
Current assignee: Marelli France SAS
Priority date: 1992-12-21
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2013-12-18
Also published as: ES2096254T3; EP0604285B1; DE69307676D1; FR2699603B1; FR2699603A1; EP0604285A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein elektrisch gesteuertes Ventil für einen Wiederaufbereitungskreislauf für Abgaseinsätze für Verbrennungsmotoren mit Zufuhr von Luft oder vergaster Luft durch mindestens eine Einlaßleitung, in der die Durchflußmenge durch eine Verschlußvorrichtung gesteuert wird, z. B. eine drehbare Verschlußvorrichtung (US-A-4 809667).This invention relates to an electrically controlled valve for an exhaust gas recycling circuit for internal combustion engines with a supply of air or gasified air through at least one inlet line in which the flow rate is controlled by a closure device, for example a rotary closure device (US-A-4 809 667).

Insbesondere betrifft die Erfindung ein durch ein elektrisches Einstellsignal gesteuertes Proportionalventil mit kontinuierlichem Durchfluß für einen Wiederaufbereitungskreislauf für einen Abgaseinsatz, der zu einem Verbrennungsmotor gehört, wobei dessen Brennstoffzufuhranlage entweder einen Vergaser enthalten kann, dessen drehbare Verschlußvorrichtung oder Drosselklappe die Durchflußmenge der vergasten Luft oder des Kraftstoff-Luft- Gemisches steuert, oder eine sogenannte "Einspritz"-Zufuhranlage sein kann, die einen Drosselklappenkörper aufweist, dessen drehbare Verschlußvorrichtung die Durchflußmenge der Einlaßluft steuert.More particularly, the invention relates to a continuous flow proportional valve controlled by an electrical adjustment signal for a reprocessing circuit for an exhaust gas insert belonging to an internal combustion engine, the fuel supply system of which may either comprise a carburettor whose rotary shutter or throttle valve controls the flow rate of the carbureted air or fuel-air mixture, or may be a so-called "injection" supply system comprising a throttle valve body whose rotary shutter device controls the flow rate of the intake air.

Damit die Kraftfahrzeuge hinsichtlich der Brennstoff- oder Kraftstoff- Abgasemissionen den heutigen Umweltschutznormen entsprechen, ob nun der Verbrennungsmotor, mit dem sie ausgestattet sind, sich in Betrieb oder im Stillstand befindet, werden bekanntlich die Brennstoffgase von den verschiedenen Organen, die Brennstoff enthalten oder von diesem durchflossen werden, in einem Behältnis, das Abgaseinsatz genannt wird, in dem Brennstoffkreislauf des Fahrzeugs und seines Motors aufgefangen. Bei Fahrzeugen, die mit einer Kraftstoff-Einspritzanlage ausgestattet sind, stammen die Brennstoffgase insbesondere vom Kraftstofftank. Allgemein können Brennstoffgase aber auch vom Motor, von den Einspritzleitungen und Einspritzdüsen oder ggf. vom Vergaser kommen.In order for motor vehicles to comply with current environmental protection standards in terms of fuel or fuel exhaust emissions, whether the internal combustion engine with which they are fitted is running or not, the fuel gases from the various components containing fuel or through which it flows are collected in a container called the exhaust collector in the fuel circuit of the vehicle and its engine. In vehicles fitted with a fuel injection system, the fuel gases originate in particular from the fuel tank. In general, however, fuel gases can also come from the engine, the injection pipes and nozzles or, where appropriate, the carburettor.

Um ihren Ausstoß in die Umgebungsluft zu vermeiden, werden diese Brennstoffgase durch eine Rückgewinnungsleitung gesammelt, die sie zu dem Abgaseinsatz führt, der in der Form eines Behältnisses mit Mitteln zur Aufnahme dieser Brennstoffgase ausgeführt ist, z.B. mit einer Füllung Aktivkohle, die gegenüber dem gasförmigen Kraftstoff, der in den Abgaseinsatz gelangt, die Funktion eines Schwamms und eines Filters erfüllt. Der Abgaseinsatz ist mit einer Lüftungsöffnung zur Verbindung mit der Umgebungsluft versehen, so daß der Kraftstofftank über den Abgaseinsatz mit der Außenluft in Verbindung steht.In order to avoid their emission into the ambient air, these fuel gases are collected by a recovery line which leads them to the exhaust insert, which is designed in the form of a container with means for collecting these fuel gases, e.g. with a filling of activated carbon which performs the function of a sponge and a filter with respect to the gaseous fuel which enters the exhaust insert. The exhaust insert is provided with a ventilation opening for communication with the ambient air, so that the fuel tank is in communication with the outside air via the exhaust insert.

Um zu verhindern, daß der Abgaseinsatz durch seine Lüftungsöffnung Kraftstoff an die Außenluft abgibt, wenn er mit Kraftstoff gesättigt ist, wird er bekanntermaßen in regelmäßigen Abständen wiederaufbereitet. Dazu wird bekanntlich ein Wiederaufbereitungskreislauf für Abgaseinsätze verwendet, der aus letzterem von Zeit zu Zeit den von diesem aufgenommenen Kraftstoff entleert und diesen Kraftstoff dem Motor zuführt. Der Wiederaufbereitungskreislauf für Abgaseinsätze besteht aus einer Leitung, die den Abgaseinsatz stromabwärts von der drehbaren Verschlußvorrichtung mit der Einlaßleitung verbindet, und einem Ventil, das an dieser Leitung angebracht ist. Wenn das Ventil geöffnet ist, bewirkt der stromabwärts von der drehbaren Verschlußvorrichtung in der Einlaßleitung herrschende Unterdruck in der Leitung und in dem Abgaseinsatz ein Ansaugen von Außenluft durch die Lüftungsöffnung des Abgaseinsatzes, und diese angesaugte Außenluft leert auf diese Weise aus dem Abgaseinsatz den darin enthaltenen Kraftstoff und vermischt sich mit diesem Kraftstoff, um zusammen mit ihm stromabwärts der drehbaren Verschlußvorrichtung in die Einlaßleitung gesaugt zu werden. Allerdings verändert die Zufuhr dieser mit Kraftstoff gemischten Luft den Gehalt des Kraftstoff/Luftgemisches, das von dazu vorgesehenen Organen des Motors (je nachdem Vergaser oder Einspritzer) hergestellt wurde, welche Steuerbefehle erhalten, die aus Signalen von verschiedenen Sensoren für Betriebsparameter des Motors und insbesondere von einem sogenannten λ-Fühler oder Meßfühler für den Sauerstoffgehalt in den Auspuffgasen ermittelt wurden.In order to prevent the exhaust liner from releasing fuel into the outside air through its vent when saturated with fuel, it is known to be reconditioned at regular intervals. For this purpose, it is known to use an exhaust liner reconditioning circuit which from time to time empties the latter of the fuel absorbed by it and supplies this fuel to the engine. The exhaust liner reconditioning circuit consists of a line connecting the exhaust liner to the inlet line downstream of the rotary closure device and a valve fitted to this line. When the valve is open, the negative pressure in the line and in the exhaust liner downstream of the rotary closure device in the inlet line causes outside air to be sucked in through the vent of the exhaust liner, and this sucked in outside air thus empties the exhaust liner of the fuel it contains and mixes with this fuel to be sucked together with it into the inlet line downstream of the rotary closure device. However, the supply of this air mixed with fuel changes the content of the fuel/air mixture produced by the engine's dedicated organs (carburettor or injector, depending on the case), which receive control commands derived from signals from various sensors of the engine's operating parameters. engine and in particular by a so-called λ sensor or sensor for measuring the oxygen content in the exhaust gases.

Um diese Störung des Gehalts zu beseitigen, wurde bereits vorgeschlagen, als Ventil des Wiederaulbereitungskreislaufs ein elektrisch gesteuertes Ventil zu verwenden, das die Modulation der Durchflußmenge bei der Wiederaufbereitung des Abgaseinsatzes gewährleistet, wobei diese Durchflußmenge schwierig zu ermitteln ist, da die Füllmenge des in den Abgaseinsätzen angesammelten Kraftstoffs nicht mit Genauigkeit bekannt sein kann und von zahlreichen Parametern wie z.B. der Umgebungstemperatur, die vom Betriebszustand des Motors beeinflußt wird oder nicht, der Temperatur und den Bedingungen beim Füllen des Kraftstofftanks usw. abhängt.In order to eliminate this content disturbance, it has already been proposed to use an electrically controlled valve as the valve of the reprocessing circuit, which ensures the modulation of the flow rate during the reprocessing of the exhaust insert, this flow rate being difficult to determine since the quantity of fuel accumulated in the exhaust inserts cannot be known with accuracy and depends on numerous parameters such as the ambient temperature, which may or may not be influenced by the operating state of the engine, the temperature and conditions of filling the fuel tank, etc.

Zu diesem Zweck werden als elektrisch gesteuerte Ventile gewöhnlich Ventile mit einer Luftdüse mit konstantem Durchgangsquerschnitt und mit einer Ventilklappe zur Steuerung der Durchflußmenge in der Wiederaufbereitungsleitung verwendet, wobei diese Ventilklappe bewegungsmäßig mit einem Kern eines Solenoids verbunden ist, dessen Spule mit elektrischem Strom zur Steuerung der Ventilklappenstellung gespeist wird.For this purpose, electrically controlled valves are usually used, which have an air nozzle with a constant passage cross-section and a valve flap for controlling the flow rate in the reprocessing line, this valve flap being connected in terms of movement to a core of a solenoid, the coil of which is fed with electrical current to control the valve flap position.

Bei diesen herkömmlichen Ventilen wird die Änderung der Durchflußmenge erzielt, indem der wirksame Querschnitt der dem Unterdruck des Motors ausgesetzten Luftdüse verändert wird, wobei diese Veränderung von der Ventilklappe gewährleistet wird, die eine Klappe eines Elektroventils ist, d. h. eines elektromagnetischen Ventils, das nur auf- oder zumacht, bei dem die Spule des Solenoids aber mit elektrischem Strom mit Rechteckimpulsen in zyklisch veränderlichem Abstand versorgt wird. Das bedeutet, daß bei einer konstanten Periode die Öffnungszeit einem variablen Bruchteil dieser Periode entspricht, der der Länge des verwendeten elektrischen Impulses entspricht.In these traditional valves, the variation in flow rate is achieved by varying the effective cross-section of the air jet exposed to the engine's vacuum, this variation being ensured by the valve flap, which is a flap of an electrovalve, i.e. an electromagnetic valve that only opens or closes, but in which the solenoid coil is supplied with an electric current with rectangular pulses at cyclically variable intervals. This means that, for a constant period, the opening time corresponds to a variable fraction of this period, corresponding to the length of the electric pulse used.

Bei einem Motor, der beispielsweise mit 3000 U/min läuft, wird eine halbe Umdrehung in 10 ms durchlaufen.For example, an engine running at 3000 rpm completes half a revolution in 10 ms.

Bei den Ausführungen nach dem Stand der Technik werden Niederfrequenz- Elektroventile verwendet, die mit konstanten Frequenzen von 5 bis 20 Hz erregt werden. Diesen Frequenzen entsprechen konstante Perioden von 200 bis 50 ms. Wenn das zyklische Öffnungsverhältnis bei 10 % liegt, ergibt sich daraus eine entsprechende Länge des Strom-Rechteckimpulses und damit im wesentlichen eine Öffnungsdauer der Klappe von 20 bis 5 ms. Daraus ergibt sich, daß sich die Öffnungsdauer des Elektroventils und damit die Dauer des Ansaugens des Wiederaufbereitungskraftstoffs des Abgaseinsatzes in die Einlaßleitung ca. über ein Viertel bis ca. drei Viertel Umdrehung des Motors erstreckt. Die Folge daraus ist, daß der Wiederaufbereitungskraftstoff nicht in alle Zylinder des Motors zugeführt werden kann.In the designs according to the state of the art, low-frequency solenoid valves are used which are excited at constant frequencies of 5 to 20 Hz. These frequencies correspond to constant periods of 200 to 50 ms. If the cyclic opening ratio is 10%, this results in a corresponding length of the current square-wave pulse and thus essentially an opening time of the flap of 20 to 5 ms. This means that the opening time of the solenoid valve and thus the duration of the intake of the reprocessing fuel from the exhaust insert into the intake line extends over approximately one quarter to approximately three quarters of the engine's revolution. The consequence of this is that the reprocessing fuel cannot be supplied to all of the engine's cylinders.

Die Verwendung von Niederfrequenz-Elektroventilen zur Wiederaufbereitung von Abgaseinsätzen hat also den Nachteil, daß eine ungleichmäßige Versorgung der Zylinder des Motors entsteht.The use of low-frequency solenoid valves for the reprocessing of exhaust gases has the disadvantage that it results in an uneven supply to the engine cylinders.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde ins Auge gefaßt, Hochfrequenz- Elektroventile zu verwenden, doch kam man aufgrund ihres raschen Verschleißes, der mit ihrer hohen Betriebsfrequenz verbunden war, und aufgrund ihrer hohen Kosten wieder davon ab.To overcome this disadvantage, the use of high-frequency solenoid valves was considered, but this was abandoned due to their rapid wear associated with their high operating frequency and their high cost.

Diese Nachteile sollen mit Hilfe dieser Erfindung beseitigt werden, und eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein elektrisch gesteuertes Ventil auszuführen, mit dem die Durchflußmenge für die Wiederaufbereitung dergestalt verteilt werden kann, daß alle Zylinder des Motors im wesentlichen den gleichen Anteil an Wiederaufbereitungskraftstoff vom Abgaseinsatz erhalten.These disadvantages are to be eliminated by means of this invention, and one object of this invention is to design an electrically controlled valve with which the flow rate for the reprocessing can be distributed in such a way that all cylinders of the engine receive essentially the same proportion of reprocessing fuel from the exhaust feed.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein elektrisch gesteuertes Ventil auszuführen, mit dem eine Durchflußmenge der Wiederaufbereitung des Abgaseinsatzes gewährleistet werden kann, die kontinuierlich, aber moduliert und durch ein elektrisches Einstellsignal gesteuert ist, so daß sich ein Ventil mit einer zu dieser Einstellung proportionalen Durchflußmenge ergibt.Another object of this invention is to provide an electrically controlled valve capable of ensuring a flow rate of the reprocessing of the exhaust gas feed which is continuous but modulated and controlled by an electrical setting signal, so as to result in a valve with a flow rate proportional to this setting.

Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke lautet dahingehend, daß die Durchflußmenge der Wiederaufbereitung des Abgaseinsatzes moduliert wird, indem diese Durchflußmenge durch eine Luftdüse mit konstantem Durchgangsquerschnitt geschickt wird, die aber einem modulierten Unterdruck ausgesetzt wird, ganz im Gegensatz zu den Elektroventilen des Standes der Technik, bei denen der effektive Querschnitt der Luftdüse dem Motor-Unterdruck ausgesetzt wird.The idea underlying the invention is that the flow rate of the reprocessing of the exhaust gas feed is modulated by sending this flow rate through an air nozzle with a constant passage cross-section, but which is subjected to a modulated negative pressure, in contrast to the electrovalves of the prior art in which the effective cross-section of the air nozzle is subjected to the engine negative pressure.

Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemäße elektrisch gesteuerte Ventil für einen Wiederaufbereitungskreislauf für Abgaseinsätze der oben dargestellten Art, der aus einer Leitung besteht, die den Abgaseinsatz stromabwärts von der Verschlußvorrichtung mit der Einlaßleitung verbindet und an der das Ventil angebracht ist, das eine Luftdüse mit konstantem Durchgangsquerschnitt, eine Ventilklappe zur Steuerung der Durchflußmenge in der Leitung umfaßt und bewegungsmäßig mit einem Kern eines Solenoids verbunden ist, dessen Spule mit elektrischem Strom gespeist wird, um den Druck auf die Ventilklappe zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilklappe bewegungsmäßig mit einer elastischen Membran verbunden ist, die in einem Gehäuse zwei Kammern begrenzt, deren erste auf einen Druck nahe oder gleich dem atmosphärischen Druck gehalten wird und deren zweite eine Kammer mit einem wandelbaren Unterdruck ist, die die Ventilmappe enthält und durch eine Eingangsöffnung unter Zwischenschaltung der Luftdüse mit dem Abgaseinsatz und durch eine Ausgangsöffnung mit der Einlaßleitung in Verbindung steht, wobei die Membran, die auf diese Weise einem Unterdruck nahe oder gleich dem, der in der Luftdüse herrscht, ausgesetzt ist, auch den entgegengesetzt wirkenden Kräften der elastischen Teile und des Solenoids ausgesetzt ist, indem erstere die Tendenz haben, die Ventilklappe auf der Ausgangsöffnung zu schließen, und die Spule des Solenoids eine Kraft erzeugt, die bewirkt, daß die Ventilklappe von der Ausgangsöffnung abgehoben wird, um letztere zu öffnen, wenn die Spule von einem mittleren variablen Strom durchflossen wird, der ein elektrisches Einstellsignal zur Einstellung des Drucks auf die Klappe bildet.To this end, the electrically controlled valve according to the invention for a reprocessing circuit for exhaust gas inserts of the type described above, consisting of a line connecting the exhaust gas insert to the inlet line downstream of the closure device and to which the valve is mounted, comprising an air nozzle with a constant passage cross-section, a valve flap for controlling the flow rate in the line and connected in terms of movement to a core of a solenoid whose coil is fed with electric current to control the pressure on the valve flap, is characterized in that the valve flap is connected in terms of movement to an elastic membrane which delimits in a housing two chambers, the first of which is kept at a pressure close to or equal to atmospheric pressure and the second of which is a chamber with a variable negative pressure, which contains the valve folder and is connected by an inlet opening with the air nozzle interposed therebetween to the exhaust gas insert and by an outlet opening to the inlet line, the membrane thus subjected to a negative pressure close to or equal to that prevailing in the air nozzle is also the opposing forces of the elastic members and of the solenoid, the former tending to close the valve flap on the outlet opening and the coil of the solenoid generating a force which causes the valve flap to be lifted from the outlet opening to open the latter when the coil is passed through by a medium variable current which forms an electrical adjustment signal for adjusting the pressure on the flap.

Es wird ersichtlich, daß sich die Membran bei Betrieb unter der kombinierten Einwirkung des Unterdrucks, der die Durchflußmenge bestimmt, der elastischen Teile, die die Tendenz haben, die Ventilklappe in Schließstellung zurückzuholen, und der durch den Solenoiden vermittelten Kraft, d.h. des Stroms, der durch dessen Spule fließt, im Gleichgewicht befindet. Auf diese Weise entsteht ein Verhältnis zwischen dem Unterdruck und damit der Durchflußmenge einerseits und dem mittleren elektrischen Strom, der durch die Spule des Solenoids fließt, andererseits. Auf diese Weise kann mit diesem Ventil die Durchflußmenge der Wiederaufbereitung über einen variablen, mit Hilfe eines mittleren Steuerstroms erzeugten Unterdrucks kontinuierlich moduliert werden.It can be seen that the diaphragm is in equilibrium during operation under the combined effect of the vacuum which determines the flow rate, the elastic parts which tend to return the valve flap to the closed position and the force provided by the solenoid, i.e. the current which flows through its coil. In this way, a relationship is established between the vacuum and hence the flow rate, on the one hand, and the average electric current which flows through the solenoid coil, on the other. In this way, this valve can continuously modulate the flow rate of the reprocessing by means of a variable vacuum generated by means of an average control current.

Vorteilhafterweise wird der variable, mittlere Steuerstrom erzeugt, indem die Solenoidspule mit elektrischem Strom mit Rechteckimpulsen in zyklisch veränderlichem Abstand versorgt wird.Advantageously, the variable, average control current is generated by supplying the solenoid coil with electrical current with rectangular pulses at cyclically variable intervals.

Bei einem Motor, der von einem elektronisch gesteuerten Vergaser versorgt wird, oder durch eine von einem Antriebssteuerungssystem gesteuerte Einspritzanlage versorgt wird, wird der variable, mittlere Steuerstrom vorteilhafterweise durch ein Steuerorgan gesteuert, das auf mindestens ein Signal anspricht, das von einem Sensor für die Funktionsparameter des Motors kommt, wie z. B. einem Sensor für den Kraftstoffgehalt des Kraftstoff-Luft- Gemischs, wobei dieses Steuerorgan die Steuerelektronik des Vergasers oder die Elektronik des Antriebssteuerungssystems ist.In an engine supplied by an electronically controlled carburettor or by an injection system controlled by a propulsion control system, the variable mean control current is advantageously controlled by a control device responsive to at least one signal coming from a sensor for the operating parameters of the engine, such as a sensor for the fuel content of the fuel-air mixture, this control device being the control electronics of the carburettor or the electronics of the propulsion control system.

Die Ventilklappe kann über Einrichtungen zur Untersetzung der Verschiebungsamplitude der Ventilklappe gegenüber der Verschiebungsamplitude des Kerns bewegungsmäßig mit dem Kern des Solenoids verbunden sein, damit jede dieser Verschiebungen optimal für den praktischen Bedarf angepaßt wird. Zur Senkung der Herstellungskosten des Ventils und zur Verringerung seines Platzbedarfs ist es jedoch von Vorteil, wenn in einem vereinfachten Aufbau die Ventilklappe bewegungsmäßig mit dem Kern des Solenoids unmittelbar fest verbunden ist, die Ventilmappe und der Kern auf der einen bzw. auf der anderen Seite der Membran angeordnet sind.The valve flap can be connected in terms of movement to the core of the solenoid via devices for reducing the displacement amplitude of the valve flap compared to the displacement amplitude of the core, so that each of these displacements is optimally adapted to practical requirements. In order to reduce the manufacturing costs of the valve and to reduce its space requirements, it is however advantageous if, in a simplified structure, the valve flap is directly firmly connected in terms of movement to the core of the solenoid, the valve folder and the core are arranged on one side or the other of the membrane.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ventilklappe in einem Stück mit dem Kern ausgeführt, das sich teilweise in die erste Kammer erstreckt, und die elastischen Teile bestehen aus mindestens einer Rückstellfeder, die in dieser ersten Kammer gelagert ist und in der Form einer Spiralfeder ausgeführt ist, die den Kern teilweise und vorzugsweise im wesentlichen koaxial umfaßt. Auf diese Weise erhält man eine bessere Führung der Ventilklappen/Kern-Anordnung bei ihren Verschiebungen entlang ihrer Längsachse, die auch die der Spiralfeder und vorteilhafterweise die der Spule des Solenoids ist, sowie ausgewogenere Belastungen der Membran.In a preferred embodiment, the valve flap is made in one piece with the core, which extends partially into the first chamber, and the elastic parts consist of at least one return spring housed in this first chamber and in the form of a spiral spring partially and preferably substantially coaxially enclosing the core. In this way, better guidance of the valve flap/core assembly is obtained during its displacements along its longitudinal axis, which is also that of the spiral spring and advantageously that of the solenoid coil, as well as more balanced loads on the membrane.

Die erste Kammer kann auf atmosphärischem Druck oder auf dem sich von dem atmosphärischen Druck wenig unterscheidenden Druck des Abgaseinsatzes gehalten werden. Im zweiten Fall steht die erste Kammer mit dem Abgaseinsatz durch eine Eingangsöffnung in Verbindung und weist eine Ausgangsöffnung auf, die über die Luftdüse mit der Eingangsöffnung der zweiten Kammer in Verbindung steht.The first chamber can be kept at atmospheric pressure or at the pressure of the exhaust insert, which differs little from atmospheric pressure. In the second case, the first chamber is connected to the exhaust insert through an inlet opening and has an outlet opening which is connected to the inlet opening of the second chamber via the air nozzle.

Auf diese Weise erhält man ein Ventil mit kontinuierlicher Durchflußmenge, die durch die Modulation des mittleren Steuerstroms, der die Spule des Solenoids durchfließt, moduliert wird, wobei das Ventil kompakt und leicht einzubauen ist, da nur die Eingangsöffnung seiner ersten Kammer mit dem Abgaseinsatz sowie die Ausgangsöffnung seiner zweiten Kammer mit der Einlaßleitung verbunden werden muß und die Stromversorgung des Solenoids mit dem Steuerstrom gewahrleistet werden muß.In this way, a valve is obtained with a continuous flow rate, modulated by the modulation of the average control current that flows through the solenoid coil, and the valve is compact and easy to install, since only the inlet opening of its first chamber is connected to the exhaust gas insert. and the outlet opening of its second chamber must be connected to the inlet line and the power supply of the solenoid with the control current must be ensured.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der unten folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichungen hervor, wobeiFurther advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings, wherein

Fig. 1 schematisch einen Wiederaufbereitungskreislauf für Abgaseinsätze zeigt, der das erfindungsgemäße Ventil aufweist und zwischen einem Abgaseinsatz und einer Einlaßleitung eines Vergasers oder Drosselklappenkörpers von Verbrennungsmotoren eingebaut ist,Fig. 1 shows schematically a reprocessing circuit for exhaust gas inserts which has the valve according to the invention and is installed between an exhaust gas insert and an inlet line of a carburettor or throttle body of internal combustion engines,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ventilbeispiels zeigt, undFig. 2 shows a schematic sectional view of a first valve example, and

Fig. 3 eine zu Fig. 2 analoge Ansicht eines zweiten Ventilbeispiels zeigt.Fig. 3 shows a view analogous to Fig. 2 of a second valve example.

In Fig. 1 nimmt der Abgaseinsatz 1, dessen Innenvolumen im allgemeinen im wesentlichen gleich groß ist wie der gesamte Hubraum des Motors, eine absorbierende oder adsorbierende Füllung 2 auf, z. B. Aktivkohle, die die Gase des Kraftstoffs aufnimmt, die insbesondere vom Kraftstofftank kommen und durch die Rückgewinnungsleitung 3 dem Abgaseinsatz 1 zugeführt werden. So kann der Abgaseinsatz 1 beispielsweise 100 g Kraftstoff enthalten. Er ist mit einer Lüftungsöffnung 4 versehen, die ihn mit der Außenluft verbindet, und ist stromabwärts von der drehbaren Verschlußvorrichtung oder Drosselklappe 6 ferner mit der Einlaßleitung 5 eines Vergaserkörpers oder eines Drosselklappenkörpers eines Verbrennungsmotors verbunden, wobei die Winkelstellung der Drosselklappe in der Einlaßleitung 5 gesteuert wird, um bei einem Drosselklappenkörper die Luftzufuhrmenge und bei einem Vergaser die Menge der vergasten Luft einzustellen. Diese Verbindung des Abgaseinsatzes 1 mit der Einlaßleitung 5 wird durch einen Wiederaufbereitungskreislauf 7 für den Abgaseinsatz 1 gewahrleistet, wobei dieser Kreislauf 7 aus einer Wiederaufbereitungsleitung 8, die mit ihrem Eingang in den Abgaseinsatz 1 und mit ihrem Ausgang in die Einlaßleitung 5 mündet, sowie aus einem elektrisch gesteuerten Ventil 9, das zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt 8a und dem stromabwärtigen Abschnitt 8b der Leitung 8 eingebaut ist, besteht. Das Ventil 9, von dem zwei Ausführungsbeispiele in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind, ist ein Klappenventil, dessen Stellung durch ein Solenoid gesteuert wird, das seinen Steuerstrom von einer mit 10 schematisch dargestellten Steuervorrichtung erhält. Wenn das Ventil 9 geöffnet ist, bewirkt der stromabwärts von der Drosselmappe 6 in der Einlaßleitung 5 herrschende Unterdruck durch die Leitung 8 und den Abgaseinsatz 1 ein Ansaugen von Außenluft durch die Luftungsöffnung 4, und diese angesaugte Luft nimmt, indem sie durch die Füllung 2 streicht, den darin zurückgehaltenen Kraftstoff in die Einlaßleitung mit.In Fig. 1, the exhaust insert 1, the internal volume of which is generally substantially equal to the total displacement of the engine, accommodates an absorbent or adsorbent filling 2, e.g. activated carbon, which absorbs the gases of the fuel, which come in particular from the fuel tank and are fed to the exhaust insert 1 through the recovery line 3. For example, the exhaust insert 1 can contain 100 g of fuel. It is provided with a ventilation opening 4 which connects it to the outside air and, downstream of the rotary closure device or throttle valve 6, is also connected to the inlet line 5 of a carburettor body or a throttle valve body of an internal combustion engine, the angular position of the throttle valve in the inlet line 5 being controlled in order to adjust the amount of air supplied in the case of a throttle valve body and the amount of gasified air in the case of a carburettor. This connection of the exhaust insert 1 to the inlet line 5 is achieved by a reprocessing circuit 7 for the exhaust insert 1, this circuit 7 consisting of a reprocessing line 8, the inlet of which opens into the exhaust gas insert 1 and the outlet of which opens into the inlet line 5, and of an electrically controlled valve 9 which is installed between the upstream section 8a and the downstream section 8b of the line 8. The valve 9, two embodiments of which are shown in Figures 2 and 3, is a flap valve whose position is controlled by a solenoid which receives its control current from a control device shown schematically at 10. When the valve 9 is opened, the negative pressure prevailing downstream of the throttle map 6 in the inlet line 5 causes outside air to be sucked in through the line 8 and the exhaust gas insert 1 through the ventilation opening 4, and this sucked-in air, by passing through the filling 2, takes the fuel retained therein with it into the inlet line.

In dem Beispiel von Fig. 2 besteht das Ventil 9 aus einem Körper oder Gehäuse 11, dessen Inneres durch eine dichte, biegsame und verformbare Membran 12 in zwei Kammern 13 und 14 unterteilt ist, von denen die erste 13 auf atmosphärischem Druck gehalten wird. Die zweite Kammer 14 weist eine Eingangsöffnung 15 auf, die durch ein rohrförmiges Ansatzstück 16, das eine Luftdüse 17 mit konstantem Durchgangsquerschnitt umschließt, mit dem stromaufwärtigen Abschnitt 8a der Wiederaufbereitungsleitung 8 verbunden ist. Die zweite Kammer 14 weist auch eine auf, die mit dem stromabwärtigen Abschnitt 8b der Wiederaufbereitungsleitung 8 verbunden ist, und die Außenlinie der Ausgangsöffnung 18 bildet einen Sitz für den konischen Kopf einer Ventilklappe 19. Diese Ventilklappe 19 mit zylinderförmigem Körper ist in einem Stück mit dem ebenfalls zylinderförmigen Kern 20 eines Solenoids ausgeführt, dessen Erregerspule 21 an dem Körper 11 außerhalb der ersten Kammer 13 auf der anderen Seite als die Ausgangsöffnung 18 angebracht ist. Die einstückige Anordnung der Ventil- Mappe 19 und des Kerns 20 ist fest mit der Membran 12 verbunden, durch deren zentralen Teil sie mit Dichtigkeit verläuft. Die Ventilmappe 19 wird auf diese Weise von der Membran 12 in der zweiten Kammer 14 gehalten, während sich auf der anderen Seite der Membran 12 der Kern 20 teilweise in die erste Kammer 13 und teilweise außerhalb dieser in der Spule 21 erstreckt. Der Teil des Kerns 20, der sich in der Kammer 13 befindet, ist von einer Spiral- Rückstellfeder 22 umgeben, die an dem Gehäuse 11 und an der Membran 12 abgestützt ist, so daß sie die Tendenz hat, letztere in der Richtung zu schieben, in der die Ventilklappe 19 auf ihren Sitz gedrückt wird, so daß die Ausgangsöffnung 18 geschlossen wird, wenn die Spule 21 nicht stromversorgt ist. Das Gehäuse 11, die Membran 12, die einstückige Anordnung Ventilklappe 19 - Kern 20, die Spule 21 und die Ausgangsöffnung 18 sind, um ein besseres mechanisches Verhalten der Anordnung Ventilklappe 19 - Kern 20 zu gewährleisten, vorzugsweise koaxial zu der Längsachse dieser Anordnung.In the example of Fig. 2, the valve 9 consists of a body or casing 11, the interior of which is divided by a tight, flexible and deformable membrane 12 into two chambers 13 and 14, the first of which 13 is maintained at atmospheric pressure. The second chamber 14 has an inlet opening 15 connected to the upstream portion 8a of the reprocessing line 8 by a tubular extension 16 enclosing an air nozzle 17 of constant passage cross-section. The second chamber 14 also has a valve flap 19 connected to the downstream portion 8b of the reprocessing line 8, and the outline of the outlet opening 18 forms a seat for the conical head of a valve flap 19. This valve flap 19, with a cylindrical body, is made in one piece with the core 20, also cylindrical, of a solenoid, the excitation coil 21 of which is mounted on the body 11 outside the first chamber 13 on the other side of the outlet opening 18. The one-piece assembly of the valve flap 19 and the core 20 is firmly connected to the membrane 12, through whose central part it passes with tightness. The valve flap 19 is thus held by the membrane 12 in the second chamber 14, while on the other side of the diaphragm 12, the core 20 extends partly into the first chamber 13 and partly outside it in the coil 21. The part of the core 20 which is in the chamber 13 is surrounded by a spiral return spring 22 which is supported on the housing 11 and on the diaphragm 12 so that it tends to push the latter in the direction in which the valve flap 19 is pressed onto its seat, so that the outlet opening 18 is closed when the coil 21 is not supplied with power. The housing 11, the diaphragm 12, the one-piece assembly valve flap 19 - core 20, the coil 21 and the outlet opening 18 are, in order to ensure better mechanical behavior of the assembly valve flap 19 - core 20, preferably coaxial with the longitudinal axis of this assembly.

In Betrieb fließt durch die Spule 21 ein Steuerstrom, der sich aus der Versorgung mit elektrischem Strom mit Rechteckimpulsen in zyklisch veränderlichem Abstand ergibt. Die Anordnung Ventilklappe 19 - Kern 20 wird dann einer elektromagnetischen Kraft Fm ausgesetzt, die die Ventilklappe 19 gegen die Wirkrichtung der Feder 22 von der Ausgangsöffnung 18 abhebt. Dadurch kommt die Kammer 14 über den Ausgang 18 mit der Einlaßleitung 5 und über die Luftdüse 17 mit der stromaufwärtigen Leitung 8a und dem Abgaseinsatz 1 in Verbindung. Der Steuerdruck Pc in der Kammer 14 liegt nun zwischen dem Druck des Abgaseinsatzes Pcan vor der Luftdüse 17, der seinerseits nahe bei dem atmosphärischen Druck Pa in der Kammer 13 liegt, und dem Druck in der Einlaßleitung 5 hinter der Drosselklappe 6. Es wird ersichtlich, daß bei einem gegebenen mittleren Steuerstrom und damit einer gegebenen Stellung der Membran 12, der Ventilklappe 19 und des Kerns 20 der Unterdruck in der Einlaßleitung 5 hinter der Drosselklappe 6 steigt, wenn die Drosselklappe 6 in Schließrichtung verschoben wird. Der Steuerdruck Pc tendiert dazu, abzusinken, und der Differenzdruck, der auf die Membran 12 einwirkt, steigt, so daß die Ventilklappe 19 zu der Ausgangsöffung 18 hinbewegt wird. Bei sich verringerndem Durchgangsquerschnitt steigt der Steuerdruck Pc hinter der Luftdüse 17, so daß der Differenzdruck, der auf die Membran 12 einwirkt, dazu tendiert, auf seinen Ausgangswert zurückzukehren und die Membran 12, die Ventilklappe 19 und den Kern 20 in deren gegebene Ausgangsstellung zurückzustellen. Der Vorgang verläuft analog, wenn die Drosselklappe 6 in Öffnungsrichtung bewegt wird. Das Ventil erfüllt auf diese Weise die Funktion eines selbstkorrigierenden Reglers.In operation, a control current flows through the coil 21, which results from the supply of electrical current with rectangular pulses at cyclically variable intervals. The valve flap 19 - core 20 arrangement is then subjected to an electromagnetic force Fm, which lifts the valve flap 19 from the outlet opening 18 against the direction of action of the spring 22. As a result, the chamber 14 comes into contact with the inlet line 5 via the outlet 18 and with the upstream line 8a and the exhaust insert 1 via the air nozzle 17. The control pressure Pc in the chamber 14 is now between the pressure of the exhaust gas insert Pcan in front of the air nozzle 17, which in turn is close to the atmospheric pressure Pa in the chamber 13, and the pressure in the inlet line 5 behind the throttle valve 6. It can be seen that for a given average control current and thus a given position of the diaphragm 12, the valve flap 19 and the core 20, the negative pressure in the inlet line 5 behind the throttle valve 6 increases when the throttle valve 6 is displaced in the closing direction. The control pressure Pc tends to fall and the differential pressure acting on the diaphragm 12 increases so that the valve flap 19 is moved towards the outlet opening 18. As the passage cross-section decreases, the control pressure Pc behind the air nozzle 17 increases so that the differential pressure acting on the diaphragm 12 tends to to return to its initial value and to return the diaphragm 12, the valve flap 19 and the core 20 to their given initial position. The process is analogous when the throttle flap 6 is moved in the opening direction. In this way, the valve fulfils the function of a self-correcting regulator.

In Betrieb unterliegt die Membran 12 der Rückstellkraft Fr der Feder 22, die die Tendenz hat, die Ventilklappe 19 auf dem Ausgang 18 zu schließen, sowie einer elektromagnetischen Kraft Fm, die durch das von der Spule 21 erzeugte Feld auf den Kern 20 einwirkt, sowie der Kraft, die aus der Ausübung des Differenzdrucks zwischen dem atmosphärischen Druck Pa in der Kammer 13 und dem Steuerdruck Pc in der Kammer 14 aufdie Wirkfläche S der Membran 12 resultiert. In Betrieb befindet sich die Membran 12 unter der Einwirkung dieser drei Kräfte nach der folgenden Formel (1) im Gleichgewicht:During operation, the diaphragm 12 is subjected to the return force Fr of the spring 22, which tends to close the valve flap 19 on the outlet 18, as well as to an electromagnetic force Fm acting on the core 20 through the field generated by the coil 21, and to the force resulting from the exertion of the differential pressure between the atmospheric pressure Pa in the chamber 13 and the control pressure Pc in the chamber 14 on the effective surface S of the diaphragm 12. During operation, the diaphragm 12 is in equilibrium under the action of these three forces according to the following formula (1):

(1)S (Pa-Pc) = Fm-Fr(1)S (Pa-Pc) = Fm-Fr

Zugleich ist die Wiederaufbereitungs-Durchflußmenge Q, die durch die Luftdüse 17 fließt, durch die folgende bekannte Formel (2) gegeben:At the same time, the reprocessing flow rate Q flowing through the air nozzle 17 is given by the following known formula (2):

(2)Q = Sc x [ 2p (Pcan - Pc)],(2)Q = Sc x [ 2p (Pcan - Pc)],

wobei Sc der konstante Durchgangsquerschnitt der Luftdüse 17 ist,where Sc is the constant passage cross section of the air nozzle 17,

p die Volumenmasse des von dem Abgaseinsatz 1 kommenden Kraftstoff-Luft- Gemischs ist, undp is the volume mass of the fuel-air mixture coming from the exhaust insert 1, and

Pcan und Pc der Druck in dem Abgaseinsatz oder vor der Luftdüse 17 bzw. der Steuerdruck in der Kammer 14 ist.Pcan and Pc is the pressure in the exhaust insert or in front of the air nozzle 17 or the control pressure in the chamber 14.

Da Pa und Pcan nahe beieinander liegen, kann in der Formel (2) Pcan - Pc durch den Wert von Pa - Pc in der Formel (1), d.h. Fm - Fr, ersetzt werden.Since Pa and Pcan are close to each other, in formula (2) Pcan - Pc can be replaced by the value of Pa - Pc in formula (1), i.e. Fm - Fr.

Man erhält das Ergebnis, daß die Durchflußmenge Q durch die Formel (3) gegeben ist:The result is that the flow rate Q is given by the formula (3):

(3)Q = Se x [ 2p (Fm - Fr)](3)Q = Se x [ 2p (Fm - Fr)]

Es ist festzuhalten, daß die Wiederaufbereitungs-Durchflußmenge Q unabhängig von Pcan ist, kontinuierlich ist und durch die Modulation der elektromagnetischen Kraft Fm moduliert wird, die ihrerseits Funktion des mittleren Steuerstroms der Spule 21 ist. Auf diese Weise ist das Ventil ein Ventil mit kontinuierlicher und proportionaler Durchflußmenge, das durch einen elektrischen Strom-Einstellwert gesteuert wird. Um dieses Ventil relativ unempfindlich gegen die Vibrationen des Motors zu machen, wird eine Feder 22 mit einem geringen, aber hierzu ausreichenden Kraft-Schwellenwert gewählt.It should be noted that the recycling flow rate Q is independent of Pcan, is continuous and is modulated by the modulation of the electromagnetic force Fm, which in turn is a function of the average control current of the coil 21. In this way, the valve is a continuous and proportional flow rate valve controlled by an electric current set value. In order to make this valve relatively insensitive to the vibrations of the engine, a spring 22 with a low but sufficient force threshold is chosen.

Das Beispiel des Ventils von Fig. 3 unterscheidet sich im wesentlichen von dem von Fig. 2 nur durch folgende Punkte: Das Gehäuse 11' weist einen seitlichen Durchgang 23 auf, der die beiden Kammern 13 und 14 miteinander verbindet, und in dem die Luftdüse 17 angebracht ist. Der stromaufwärtige Teil 8a der Wiederaufbereitungsleitung ist hier nicht über die Luftdüse 17 mit der Kammer 14 verbunden, sondern mit einer Eingangsöffung 24 der Kammer 13, die mit einer Ausgangsöffnung 25 über die Luftdüse 17 in Verbindung mit der Eingangsöffnung 15 der Kammer 14 steht. Dadurch wird die Kammer 13 nicht mehr auf atmosphärischem Druck gehalten, sondern direkt auf dem Druck des Abgaseinsatzes Pcan. Im übrigen ist weiterhin der Solenoid mit Spule 21 und Kern 20 vorhanden, der in einem Stück mit der Ventilklappe 19 ausgeführt ist und bewegungsmäßig mit der Membran 12 fest verbunden ist, die von der Rückstellfeder 22 in Schließrichtung der Ventilklappe 19 auf die ausgangsöffnung 18 der Kammer 14 gedrückt wird.The example of the valve in Fig. 3 differs essentially from that in Fig. 2 only in the following points: The housing 11' has a lateral passage 23 which connects the two chambers 13 and 14 to one another, and in which the air nozzle 17 is mounted. The upstream part 8a of the reprocessing line is not connected to the chamber 14 via the air nozzle 17, but to an inlet opening 24 of the chamber 13, which is connected to an outlet opening 25 via the air nozzle 17 with the inlet opening 15 of the chamber 14. As a result, the chamber 13 is no longer kept at atmospheric pressure, but directly at the pressure of the exhaust gas insert Pcan. Furthermore, the solenoid with coil 21 and core 20 is still present, which is made in one piece with the valve flap 19 and is firmly connected in terms of movement to the membrane 12, which is pressed by the return spring 22 in the closing direction of the valve flap 19 onto the outlet opening 18 of the chamber 14.

In diesem Beispiel wirkt der Differenzdruck oder Unterdruck Pcan - Pc, der auf die Luftdüse 17 einwirkt, direkt auf die Membran 12, die auch den Kräften Fr der Feder und Fm des Solenoids ausgesetzt ist, wie sie oben definiert sind. Die oben angegebenen Formeln (1) und (3) gelten, indem in der Formel (1) Pa durch Pcan ersetzt wird. Dieses Ventil bietet also die gleichen Vorteile wie das von Fig. 2 und ermöglicht es, die Wiederaufbereitungs-Durchflußmenge mittels eines variablen Unterdrucks, der durch die Modulation eines mittleren elektrischen Steuerstroms bestimmt wird, kontinuierlich zu modulieren.In this example, the differential pressure or vacuum Pcan - Pc acting on the air nozzle 17 acts directly on the diaphragm 12, which is also subjected to the forces Fr of the spring and Fm of the solenoid, as defined above. The formulas (1) and (3) given above apply by replacing Pa by Pcan in formula (1). This valve therefore offers the same advantages as that of Fig. 2 and enables the reprocessing flow rate to be continuously modulated by means of a variable negative pressure determined by the modulation of an average electrical control current.

Dieser elektrische Strom wird beispielsweise von einer Steuerelektronik eines Vergasers oder einer Elektronik eines Antriebssteuerungssystems abgegeben und aus Daten berechnet, die insbesondere von einem Gehalt-Meßfühler, einem λ-Fühler, der den Sauerstoffgehalt in den Auspuffgasen des Motors mißt, stammen.This electric current is emitted, for example, by the control electronics of a carburettor or the electronics of a propulsion system and is calculated from data coming in particular from a content sensor, a λ sensor, which measures the oxygen content in the engine's exhaust gases.

Claims

1.Electrically controlled valve for a reprocessing circuit (7) for exhaust gas inserts (1) for internal combustion engines with supply of air or carbon-containing air by means of at least one inlet line (5) in which the flow rate is controlled by a closure device (6), the exhaust gas insert (1) having devices (2) for receiving the fuel gases entrained into the exhaust gas insert through a recovery line (3) and being provided with a ventilation opening (4) for connection to the ambient air, and the circuit (7) for reprocessing the exhaust gas insert (1) having a line (8) which connects the exhaust gas insert (1) downstream of the closure device (6) to the inlet line (5), and the valve (9) mounted on the line (8), the valve having an air nozzle (17) with a constant passage cross-section, a valve flap (19) for controlling the flow rate in the line (8) and being movable with a core (20) of a Solenoid, the coil (21) of which is fed with electric current to control the pressure on the valve flap, characterized in that the valve flap (19) is connected in terms of movement to an elastic membrane (12) which delimits in a housing (11, 11') two chambers (13, 14), the first (13) of which is maintained at a pressure close to or equal to atmospheric pressure and the second (14) of which is a chamber with a variable negative pressure, which contains the valve flap (19) and is connected to the exhaust insert (1) through an inlet opening (15) with the interposition of the air nozzle (17) and to the inlet line through an outlet opening (18), the membrane thus subjected to a negative pressure equal to or equal to that prevailing in the air nozzle being equally subjected to the counter-tension of the elastic parts (22) tending to close the valve flap (19) on the outlet opening (18) and the solenoid (20-21) whose coil (21) generates a force which causes the valve flap (19) to be lifted from the outlet opening (18) to open the latter when a medium variable current flows through it, forming a signal of an electrical magnitude fixing the pressure on the valve flap (19).

2. Valve according to claim 1, characterized in that the valve flap (19) is connected in terms of movement to the core (20) of the solenoid via devices for reducing the amplitude of the displacement of the valve flap with respect to the amplitude of the displacement of the core.

3. Valve according to claim 1, characterized in that the valve flap (19) is directly connected in terms of movement to the core (20) of the solenoid, the valve flap and the core being arranged on one and the other side of the membrane (12).

4. Valve according to claim 3, characterized in that the valve flap (19) is made of one piece with the core (20) which extends at least partially into the first chamber (13).

5. Valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the elastic parts have at least one return spring (22) arranged in the first chamber (13).

6. Valve according to claim 5, as also associated with claim 4, characterized in that the return spring (22) is a spiral spring, which partially and substantially coaxially surrounds the core (20).

7. Valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first chamber (13) is kept at atmospheric pressure.

8. Valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first chamber (13) is maintained at the pressure of the exhaust insert (1), to which it is connected via an inlet opening (24) and has an outlet opening (25) in connection with the inlet opening (15) of the second chamber (14) via the air nozzle (17).

9. Valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that the mean variable current is obtained by feeding the coil (20) of the solenoid with rectangular pulses of electric current at cyclically variable intervals.

10. Valve according to one of claims 1 to 9, characterized in that the mean variable current is controlled by a control element (10) which responds to at least one signal coming from a sensor for the operating parameters of the engine, for example a sensor for the enrichment of the air-fuel mixture.