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EP1085175A2 - Valve with a non-linear response for a motor vehicle exhaust system - Google Patents

Valve with a non-linear response for a motor vehicle exhaust system Download PDF

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Publication number
EP1085175A2
EP1085175A2 EP00116274A EP00116274A EP1085175A2 EP 1085175 A2 EP1085175 A2 EP 1085175A2 EP 00116274 A EP00116274 A EP 00116274A EP 00116274 A EP00116274 A EP 00116274A EP 1085175 A2 EP1085175 A2 EP 1085175A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
valve body
force
sleeve
fingers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00116274A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1085175A3 (en
Inventor
Bernd Dr. Hagerodt
Achim Heberling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP1085175A2 publication Critical patent/EP1085175A2/en
Publication of EP1085175A3 publication Critical patent/EP1085175A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/16—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using movable parts
    • F01N1/165—Silencing apparatus characterised by method of silencing by using movable parts for adjusting flow area

Definitions

  • the invention relates to a valve according to the preamble of patent claim 1.
  • valves for motor vehicle exhaust systems for example in a Mufflers are installed, a number of requirements are made. This includes in addition to a long service life even at high temperatures and under attack the gas components have the lowest possible tendency to vibrate and the possibility of defined exhaust gas pressure values to open as if at a switch or only a defined, form relatively small flow cross-section for the exhaust gas.
  • the invention has for its object to provide a generic valve that always outside of the preferred area of application, i.e. in motor vehicle exhaust systems can then be used with advantage if a long service life and a switching characteristic be requested.
  • the invention thus takes advantage of the peculiarities of a radial slot and thereby Finger spring washer to ensure that the valve is a characteristic has, i.e. a dependency between the required adjustment force and adjustment path, the like a horizontal "S".
  • the advantage of the invention can be the compliance with acoustic limit values for small ones List the dimensions (volumes) of the devices in which the valve is installed, for example, an exhaust silencer.
  • the muffler base is only at 1 of the muffler indicated that forms a valve seat at 2. There it forms an opening to pass through the jacket 3 of the pot-like part 4 forming the actual valve body, the bottom 4 of a permanently effective, limited passage opening 6 to form a Has flow cross-section.
  • the jacket 3 is designed as a sleeve with wedge-shaped Longitudinal slots 7 is provided; these are aligned so that their narrow ends to the Floor 4 are adjacent.
  • the cup-shaped valve body 8 thus formed is thus one end practically closed valve guided in the valve seat 2, with the sealing wire cushion 9th and 10 for defining two states of the valve, namely "open” and “closed”, is equipped, and in the region of its left end with the circumferential groove 11 for engagement provided by fingers 12 of the plate spring 13, in this embodiment by rivets 14 is attached to the muffler base 1.
  • the exhaust gas flow is symbolized by arrow 15.
  • the adjustment force K required for this longitudinal adjustment of the valve body 8 is essentially predetermined by the elasticity of the fingers 12 of the plate spring 13, which, as already noted, protrude into the circumferential groove 11 of the valve body 8.
  • the groove 11 can be provided on its left edge 16 with interruptions, which are used to insert the fingers 12 and are then closed, as it were, by the clamping ring 17.
  • the valve body 8 is provided with wedge-shaped longitudinal slots 7, the Narrow sides of the bottom 4 are adjacent.
  • This simple measure will Attenuation of possible exhaust gas vibrations achieved. Is caused by an exhaust gas vibration of the 1 moved further to the right, so the effective increases Flow cross-section disproportionately due to the chosen wedge shape of the longitudinal slots 7, so that the vibration-related pressure increase is reduced relatively strongly and the plate spring 13 the valve body 8 again slightly to the left in a more closed position can move. Conversely, a vibration-related reduction in the exhaust gas pressure a movement of the valve body 8 in Figure 1 to the left, so that by the wedge-shaped Longitudinal slots 7 given the flow cross-section decreases disproportionately.

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Abstract

The valve can be moved between a closed and a completely open position by a spring. The valve has a pot (4) with a casing (3) forming a sleeve with slots (7) formed as a valve body (8). The sleeve is guided in an annular fixed valve seat (2) between abutments. A slotted spring washer (13) has fingers (12) to engage the valve seat and is biased towards the closed position. In the closed position, a bypass opening (6) is provided towards the slots.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a valve according to the preamble of patent claim 1.

Insbesondere an Ventile für Kraftfahrzeug-Abgasanlagen, die beispielsweise in einen Schalldämpfer eingebaut werden, wird eine Reihe von Anforderungen gestellt. Dazu gehören außer einer hohen Lebensdauer auch bei hohen Temperaturen und unter dem Angriff der Gasbestandteile eine möglichst geringe Schwingungsneigung und die Möglichkeit, bei definierten Abgasdruckwerten gleichsam schalterartig zu öffnen bzw. nur einen definierten, relativ geringen Strömungsquerschnitt für das Abgas zu bilden.In particular on valves for motor vehicle exhaust systems, for example in a Mufflers are installed, a number of requirements are made. This includes in addition to a long service life even at high temperatures and under attack the gas components have the lowest possible tendency to vibrate and the possibility of defined exhaust gas pressure values to open as if at a switch or only a defined, form relatively small flow cross-section for the exhaust gas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Ventil zu schaffen, das auch außerhalb des bevorzugten Einsatzgebietes, also in Kraftfahrzeug-Abgasanlagen, immer dann mit Vorteil einsetzbar ist, wenn eine hohe Lebensdauer und eine Schaltcharakteristik verlangt werden.The invention has for its object to provide a generic valve that always outside of the preferred area of application, i.e. in motor vehicle exhaust systems can then be used with advantage if a long service life and a switching characteristic be requested.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The achievement of this task consists in the characteristic features of the main claim, advantageous embodiments of the invention describe the subclaims.

Die Erfindung nützt also die Eigenheiten einer mit Radialschlitzen versehenen und dadurch Finger aufweisenden Tellerfeder aus, die sicherstellen, daß das Ventil eine Charakteristik aufweist, d.h. eine Abhängigkeit zwischen erforderlicher Verstellkraft und Verstellweg, die schlagwortartig einen liegenden "S" ähnelt. An einen relativ steilen Kraftanstieg bis zum Überwinden einer Vorspannkraft und zum Erzielen einer begrenzten Ventilöffnung schließt sich in dem Kraft-Weg-Diagramm ein Bereich im wesentlichen konstanter Verstellkraft an, der dann relativ kurz vor Erreichen der maximalen Ventilöffnung wieder in einen relativ steilen Anstieg der erforderlichen Verstellkraft übergeht. Damit läßt sich in dem bevorzugten Einsatzfall, also im Rahmen einer Kraftfahrzeug-Abgasanlage, erreichen, daß die maximal mögliche Öffnungsstellung des Ventils beispielsweise erst bei Vollast erreicht ist.The invention thus takes advantage of the peculiarities of a radial slot and thereby Finger spring washer to ensure that the valve is a characteristic has, i.e. a dependency between the required adjustment force and adjustment path, the like a horizontal "S". A relatively steep increase in power up to Overcomes a biasing force and closes to achieve a limited valve opening there is an area of essentially constant adjustment force in the force-displacement diagram, which then relatively shortly before reaching the maximum valve opening again in a relatively steep Increases in the required adjusting force. It can be used in the preferred Use case, ie in the context of a motor vehicle exhaust system, achieve that the maximum possible opening position of the valve, for example, is only reached at full load.

Allgemein läßt sich als Vorteil der Erfindung die Einhaltung akustischer Grenzwerte bei kleinen Abmessungen (Volumina) der Einrichtungen anführen, in die das Ventil eingebaut ist, also beispielsweise eines Abgasschalldämpfers.In general, the advantage of the invention can be the compliance with acoustic limit values for small ones List the dimensions (volumes) of the devices in which the valve is installed, for example, an exhaust silencer.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Zeichnungen für den Fall eines Ventils einer Kraftfahrzeug-Abgasanlage erläutert. Dabei zeigt

Figur 1
einen Längsschnitt durch den ein derartiges Ventil enthaltenden Schalldämpferbereich, während
Figur 2
die Arbeitscharakteristik wiedergibt.
An exemplary embodiment is explained below with reference to the drawings for the case of a valve of a motor vehicle exhaust system. It shows
Figure 1
a longitudinal section through the silencer area containing such a valve, while
Figure 2
reproduces the working characteristics.

Betrachtet man zunächst Figur 1, so ist vom Schalldämpfer lediglich bei 1 der Schalldämpferboden angedeutet, der bei 2 einen Ventilsitz bildet. Dort bildet er nämlich eine Öffnung zum Durchtritt des den eigentlichen Ventilkörper bildenden Mantels 3 des topfartigen Teils 4, dessen Boden 4 eine dauernd wirksame, begrenzte Durchtrittsöffnung 6 zur Bildung eines Strömungsquerschnitts aufweist. Der Mantel 3 ist als Hülse ausgebildet, die mit keilförmigen Längsschlitzen 7 versehen ist; diese sind so ausgerichtet, daß ihre schmalen Enden dem Boden 4 benachbart sind. Der so gebildete topfförmige Ventilkörper 8 ist also einen ends bei praktisch geschlossenem Ventil geführt in dem Ventilsitz 2, der mit dichtenden Drahtkissen 9 und 10 zur Definition von zwei Zuständen des Ventils, nämlich "geöffnet" und "geschlossen", bestückt ist, und im Bereich seines linken Endes mit der umlaufenden Rinne 11 zum Eingriff von Fingern 12 der Tellerfeder 13 versehen, die in diesem Ausführungsbeispiel durch Niete 14 an dem Schalldämpferboden 1 befestigt ist.Looking first at FIG. 1, the muffler base is only at 1 of the muffler indicated that forms a valve seat at 2. There it forms an opening to pass through the jacket 3 of the pot-like part 4 forming the actual valve body, the bottom 4 of a permanently effective, limited passage opening 6 to form a Has flow cross-section. The jacket 3 is designed as a sleeve with wedge-shaped Longitudinal slots 7 is provided; these are aligned so that their narrow ends to the Floor 4 are adjacent. The cup-shaped valve body 8 thus formed is thus one end practically closed valve guided in the valve seat 2, with the sealing wire cushion 9th and 10 for defining two states of the valve, namely "open" and "closed", is equipped, and in the region of its left end with the circumferential groove 11 for engagement provided by fingers 12 of the plate spring 13, in this embodiment by rivets 14 is attached to the muffler base 1.

Die Abgasströmung ist durch den Pfeil 15 symbolisiert.The exhaust gas flow is symbolized by arrow 15.

Die Arbeitsweise dieses Ventils mit Schaltcharakteristik wird im folgenden anhand der in Figur 2 wiedergegebenen Kennlinie erläutert, die den Verlauf der erforderlichen Verstellkraft K, hergerufen durch den Druck der Abgasströmung 15, über dem Verstellweg W, also der Bewegung des Ventilkörpers 8 in der Darstellung der Figur 1 nach rechts, erläutert:
Bis zum Erreichen der Vorspannkraft K1, die erzeugt wird durch die Tellerfeder 13, bleibt der Ventilkörper 8 in seiner in Figur 1 dargestellten Schließlage, in der die keilförmigen Längsschlitze 7 also bezüglich der Abgasströmung wirkungslos sind. Lediglich durch die Bodenöffnung 6 kann ein gewisser Abgasstrom zustande kommen, wobei dieser Strömungsquerschnitt so bemessen ist, daß im Leerlauf und Teillastbetrieb sowie im Vollastbetrieb bei geringen Drehzahlen des die Abgasströmung hervorrufenden Motors das Ventil geschlossen bleibt. Bei größerem Abgasanfall und demgemäß größerem Abgasdruck erreicht die von diesem auf den Ventilkörper 8 und die Tellerfeder 13 ausgeübte Kraft einen Wert, der die Vorspannung K1 übersteigt und eine Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 8 entsprechend dem linken Kurvenast in Figur 2 zur Folge hat. Die für diese Längsverstellung des Ventilkörpers 8 erforderliche Verstellkraft K wird im wesentlichen durch die Elastizität der Finger 12 der Tellerfeder 13 vorgegeben, die, wie bereits bemerkt, in die umlaufende Rinne 11 des Ventilkörpers 8 hineinragen. Ergänzend sei bemerkt, daß die Rinne 11 an ihrem linken Rand 16 mit Unterbrechungen versehen sein kann, die zum Einführen der Finger 12 dienen und danach durch den Spannring 17 gleichsam verschlossen werden.The operation of this valve with switching characteristics is explained below with reference to the characteristic curve shown in FIG. 2, which shows the course of the required adjusting force K, caused by the pressure of the exhaust gas flow 15, over the adjustment path W, i.e. the movement of the valve body 8 in the illustration in the figure 1 to the right, explains:
Until the pretensioning force K1, which is generated by the plate spring 13, is reached, the valve body 8 remains in the closed position shown in FIG. 1, in which the wedge-shaped longitudinal slots 7 are therefore ineffective with respect to the exhaust gas flow. A certain exhaust gas flow can only come about through the bottom opening 6, this flow cross section being dimensioned such that the valve remains closed in idle and part-load operation and in full-load operation at low speeds of the engine producing the exhaust gas flow. With a larger amount of exhaust gas and accordingly a higher exhaust gas pressure, the force exerted on the valve body 8 and the plate spring 13 by this reaches a value which exceeds the preload K1 and results in an opening movement of the valve body 8 in accordance with the left curve branch in FIG. 2. The adjustment force K required for this longitudinal adjustment of the valve body 8 is essentially predetermined by the elasticity of the fingers 12 of the plate spring 13, which, as already noted, protrude into the circumferential groove 11 of the valve body 8. In addition, it should be noted that the groove 11 can be provided on its left edge 16 with interruptions, which are used to insert the fingers 12 and are then closed, as it were, by the clamping ring 17.

Aufgrund der Eigenheiten der geschlitzten Tellerfeder 13 schließt sich an den Anstieg der Kennlinie (nach Überwinden der Vorspannkraft K1) in dem Diagramm der Figur 2 ein im wesentlichen horizontaler Kennlinienbereich an, d.h. zur weiteren Öffnung des Ventils (Bewegung des Ventilkörpers 8 in Figur 1 nach rechts) ist praktisch keine größere Verstellkraft erforderlich. Dies begründet die Bezeichnung des Ventils als Ventil mit Schaltcharakteristik: nach Erreichen einer hinreichend großen Verstellkraft erfolgt ein fast vollständiges Öffnen des Ventils, d.h. ein nahezu vollständiges Wirksamwerden der keilförmigen Längsschlitze im Ventilkörper 8, die dann nahezu vollständig in Figur 1 rechts vom Ventilsitz 2 liegen. Sie bilden dann einen Strömungsquerschnitt, der praktisch identisch ist mit dem Querschnitt des Ventilkörpers 8 selber. Soll das Ventil jedoch vollständig geöffnet werden, d.h. der durch das Drahtkissen 9 gebildete zweite Anschlag A2 wirksam werden, so muß die Verstellkraft, d.h. der Druck des Abgases, wieder deutlich auf einen Wert K2 ansteigen. Damit ergibt sich also ein zwischen den beiden Anschlägen A1 (definiert durch das Drahtkissen 10) und A2 liegender Arbeitsbereich a des erfindungsgemäßen Ventils. Die Charakteristik dieses Ventils, wie sie Figur 2 wiedergibt, läßt sich also als umgekehrtes liegendes "S" kennzeichnen (Sattelpunktkennlinie). Due to the peculiarities of the slotted disc spring 13 follows the increase in Characteristic curve (after overcoming the preload force K1) in the diagram in FIG. 2 essentially horizontal characteristic curve range, i.e. to open the valve further (movement of the valve body 8 to the right in FIG. 1) is practically no greater adjustment force required. This explains the designation of the valve as a valve with switching characteristics: After reaching a sufficiently large adjusting force, the opening is almost complete of the valve, i.e. an almost complete effectiveness of the wedge-shaped longitudinal slots in the Valve body 8, which are then almost completely in Figure 1 to the right of the valve seat 2. they form then a flow cross section that is practically identical to the cross section of the Valve body 8 itself. However, if the valve is to be opened completely, i.e. who through that Wire cushion 9 formed second stop A2 take effect, the adjusting force, i.e. the pressure of the exhaust gas, again rise significantly to a value K2. So this results in one between the two stops A1 (defined by the wire cushion 10) and A2 Working area a of the valve according to the invention. The characteristic of this valve, like it reproduces Figure 2, can therefore be identified as an inverted "S" (saddle point characteristic).

Wie bereits bemerkt, ist der Ventilkörper 8 mit keilförmigen Längsschlitzen 7 versehen, deren Schmalseiten dem Boden 4 benachbart sind. Durch diese einfache Maßnahme wird eine Dämpfung möglicher Abgasschwingungen erreicht. Wird durch eine Abgasschwingung der Ventilkörper 8 in Figur 1 weiter nach rechts verschoben, so vergrößert sich der wirksame Strömungsquerschnitt aufgrund der gewählten Keilform der Längsschlitze 7 überproportional, so daß der schwingungsbedingte Druckanstieg relativ stark abgebaut wird und die Tellerfeder 13 den Ventilkörper 8 wieder etwas nach links in eine mehr geschlossene Stellung bewegen kann. Umgekehrt bewirkt eine schwingungsbedingte Verringerung des Abgasdrucks eine Bewegung des Ventilkörpers 8 in Figur 1 nach links, so daß der durch die keilförmigen Längsschlitze 7 gegebene Strömungsquerschnitt überproportional abnimmt.As already noted, the valve body 8 is provided with wedge-shaped longitudinal slots 7, the Narrow sides of the bottom 4 are adjacent. This simple measure will Attenuation of possible exhaust gas vibrations achieved. Is caused by an exhaust gas vibration of the 1 moved further to the right, so the effective increases Flow cross-section disproportionately due to the chosen wedge shape of the longitudinal slots 7, so that the vibration-related pressure increase is reduced relatively strongly and the plate spring 13 the valve body 8 again slightly to the left in a more closed position can move. Conversely, a vibration-related reduction in the exhaust gas pressure a movement of the valve body 8 in Figure 1 to the left, so that by the wedge-shaped Longitudinal slots 7 given the flow cross-section decreases disproportionately.

Mit der Erfindung ist also ein gattungsgemäßes Ventil geschaffen, das bei einfachem platzsparenden Aufbau eine hohe Lebensdauer garantiert, einem eine Schaltfunktion definierende Kennlinie besitzt und schwingungsresistent ist.With the invention, therefore, a generic valve is created which is simple and space-saving Construction guarantees a long service life, defining a switching function Has characteristic and is vibration-resistant.

Claims (6)

Ventil mit Schaltcharakteristik für ein strömendes Medium, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Abgasanlage, das vom Druck des strömenden Mediums gegen Federkraft aus einer Schließstellung in eine maximal geöffnete Stellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als Ventilkörper (8) einen Topf (4) mit einem eine Hülse mit Längsschlitzen (7) bildenden Mantel (3) enthält, die Hülse in einem ringförmigen ortsfesten Ventilsitz (2) zwischen Anschlägen längsbewegbar geführt ist und an ihr mit Fingern (12) eine geschlitzte Tellerfeder (13) mit Vorspannung (K1) in Richtung Schließstellung eingreift.Valve with switching characteristics for a flowing medium, in particular for a motor vehicle exhaust system, which can be moved by the pressure of the flowing medium against spring force from a closed position into a maximally open position, characterized in that the valve as a valve body (8) has a pot (4) with a sleeve (3) forming a sleeve with longitudinal slots (7), the sleeve is guided in a ring-shaped, stationary valve seat (2) between stops in a longitudinal manner and a slotted disc spring (13) with pretension (K1) on it with fingers (12) engages in the closed position. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bereits bei in Schließstellung befindlichem Ventilkörper (8) ein Bypass (6) zu den Längsschlitzen (7) vorhanden ist.Valve according to claim 1, characterized in that there is already a bypass (6) to the longitudinal slots (7) when the valve body (8) is in the closed position. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass durch zumindest eine Öffnung (6) im Boden (5) des Topfes (4) gebildet ist.Valve according to claim 2, characterized in that the bypass is formed by at least one opening (6) in the bottom (5) of the pot (4). Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch solche Auslegung der geschlitzten Tellerfeder (13), daß im Kraft-Weg-Diagramm des Ventils an einen Bereich etwa konstanter Kraft in Richtung auf die maximal geöffnete Stellung ein Kraftanstiegsbereich anschließt, und gekennzeichnet durch in der Weise keilförmige Längsschlitze (7) in dem Ventilkörper (8), daß ihre schmalen Enden dem Boden (5) des Ventilkörpers (8) benachbart sind.Valve according to one of claims 1 to 3, characterized by a design of the slotted disc spring (13) such that in the force-displacement diagram of the valve, a region of approximately constant force in the direction of the maximum open position is adjoined by a region of increase in force, and characterized by in the way wedge-shaped longitudinal slots (7) in the valve body (8) that their narrow ends are adjacent to the bottom (5) of the valve body (8). Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (8) zum Eingriff der Finger (12) der Tellerfeder (13) eine umlaufende Rinne (11) aufweist. Valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that the valve body (8) for engaging the fingers (12) of the plate spring (13) has a circumferential channel (11). Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (11) mit Unterbrechungen zum axialen Einführen der Finger (12) versehen ist und auch einen Spannring (17) aufnimmt.Valve according to claim 5, characterized in that the channel (11) is provided with interruptions for the axial insertion of the fingers (12) and also receives a clamping ring (17).
EP00116274A 1999-09-17 2000-08-09 Valve with a non-linear response for a motor vehicle exhaust system Withdrawn EP1085175A3 (en)

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DE1999144671 DE19944671A1 (en) 1999-09-17 1999-09-17 Valve with switching characteristics, in particular for a motor vehicle exhaust system
DE19944671 1999-09-17

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EP1085175A2 true EP1085175A2 (en) 2001-03-21
EP1085175A3 EP1085175A3 (en) 2003-08-13

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EP00116274A Withdrawn EP1085175A3 (en) 1999-09-17 2000-08-09 Valve with a non-linear response for a motor vehicle exhaust system

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