DE102004009376A1

DE102004009376A1 - Sekundärluftzuführsystem

Info

Publication number: DE102004009376A1
Application number: DE200410009376
Authority: DE
Inventors: Kunihiro Kariya Tsuzuki; Shinichi Kariya Yokoyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2004-09-09
Also published as: CN1329641C; US7032375B2; US20040168440A1; JP2004257360A; CN1525054A

Abstract

In dem offenbarten Sekundärluftzuführsystem wird ein Ein-Aus-Ventil (13) durch den Ausstoßdruck einer Luftpumpe (12) angetrieben. eine Membrankammer (44) ist in der Umgebung des Ausstoßauslasses (54) angeordnet und ein Teil der Ausstoßluft strömt direkt in die Membrankammer (44). Somit wird das Ein-Aus-Ventil (13) sicher betätigt, selbst an hochgelegenen Orten mit niedrigem Atmosphärendruck und hat ein schnelles Öffnungs-/Schließansprechen. Da kein elektromagnetischer Aktuator zum Antreiben des Ein-aus-Ventils (13) verwendet wird, fällt die Spannung, die an die Luftpumpe (12) (Gleichstrommotor (29)) zugeführt wird, nicht ungeeigneterweise ab und gleichzeitig werden Kosten verringert. Des weiteren wird die Anzahl an Leitungsdrähten (65) verringert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sekundärluftzuführsystem zum Zuführen von Sekundärluft an ein Abgasrohr stromaufwärts eines Katalysators zum Reinigen des Abgases.

In einem bekannten Sekundärluftzuführsystem wird eine motorgetriebene Luftpumpe drehbar angetrieben und die druckbeaufschlagte Sekundärluft wird zwangsweise an das Abgasrohr eines Verbrennungsmotors (nachfolgend als "Motor" bezeichnet) zugeführt, um das Aufwärmen eines Katalysators zu einem Zeitpunkt des Startens des Motors zu fördern.

In dem Sekundärluftzuführsystem ist ein Ein-Aus-Ventil in der Sekundärluftbahn angeordnet, die eine Luftpumpe und das Abgasrohr verbindet, um zu verhindern, dass Abgas in dem Abgasrohr in der umgekehrten Richtung hin zur Luftpumpe strömt.

Die folgenden drei Bauarten an Antriebseinrichtungen sind zur Betätigung des Ein-Aus-Ventils bekannt:

(1) Das Ventilelement des Ein-Aus-Ventils wird durch Versatz eines Membrans angetrieben. Der Unterdruck wird über ein Vakuumumschaltventil (VSV) in eine der Membrankammern eingeleitet, welche durch das Membran definiert sind, wodurch das Ventilelement geöffnet wird (beispielsweise die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 7-158429).
(2) Das Ventilelement des Ein-Aus-Ventils wird durch Versatz eines Membrans angetrieben. Der Abführdruck einer Luftpumpe wird eine der Membrankammern eingeleitet, welche durch das Membran definiert sind, wodurch das Ventilelement (Luftumschaltventil (ASV)) geöffnet wird (beispielsweise die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 11-81998).
(3) Das Ventilelement des Ein-Aus-Ventils (wie z.B. einem E-Kombiventil) wird durch einen motorangetriebenen Aktuatur (wie z.B. einer Linearmagnetspule) angetrieben. Ein "E-Kombiventil" bedeutet ein elektromechanisches Kombiventil, welches ein Ventil einer mechanischen Bauart mit einem Ventil einer elektrischen Bauart kombiniert. Der motorgetriebene Aktuator wird durch eine Steuereinheit gesteuert, wodurch das Ventilelement zum Öffnen angetrieben wird (beispielsweise die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2002-272080).

Die drei Bauarten an Antriebseinrichtungen zum Öffnen der Ein-Aus-Ventile, wie vorstehend beschrieben, haben jeweils die folgenden Nachteile:
Bei der Antriebseinrichtung, die vorstehend in (1) zum Antreiben des Ventilelements durch Ansaugunterdruck des Motors beschrieben wurde, wird der Unterdruck verringert und das Ventil öffnet gegebenenfalls an hochgelegenen Orten mit niedrigem Atmosphärendruck nicht ausreichend. Außerdem ist es erforderlich, dass die Feder der Membrankammer verstärkt wird, um zu verhindern, dass das Ventil von dem Abgasdruck geöffnet wird, was zu einer geringen Ansprechgeschwindigkeit vom Start der Pumpe bis zum Zeitpunkt wenn das Ventil schließt führt.

Bei der beschriebenen Antriebseinrichtung der Bauart (2) wird der Nachteil der Bauart (1) überwunden. In Anbetracht der Tatsache, dass die Luftpumpe und das ASV in einer beabstandeten Beziehung zueinander angeordnet sind, jedoch hat die Bahn, welche die Luftpumpe und die Membrankammern verbindet, ein größeres Volumen. Dies resultiert in einer langsamen Ventilöffnungsgeschwindigkeit vom Start der Luftpumpe bis zum Zeitpunkt wenn das Ventil öffnet und einer langsamen Ventilschließgeschwindigkeit vom Anhalten der Luftpumpe bis zum Zeitpunkt wenn das Ventil schließt.

Die Antriebseinrichtung der Bauart (3) vermeidet die Nachteile der Bauarten (1) und (2). Jedoch wird in Anbetracht der Tatsache, dass das E-Kombiventil auch zum Zeitpunkt des Starten der Luftpumpe betätigt wird, Leistung durch die Betätigung des E-Kombiventils und der Steuerung dessen Relais zusätzlich zur Luftpumpe konsumiert. Infolgedessen fällt die Spannung, welche zur Luftpumpe zugeführt wird, ab und das Vermögen der Luftpumpe Sekundärluftdruck zuzuführen wird verringert.

Außerdem erhöht in der Antriebseinrichtung der Bauart (3) die Verwendung des E-Kombiventils die Anzahl an erforderlichen Steuerrelais, was wiederum die Anzahl an Leitungsdrähten (elektrische Drähte) zum Steuern des E-Kombiventils erhöht, was zu dem Nachteil einer erhöhten Anzahl an Montageschritten und -teilen und höheren Produktionskosten führt.

Die Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Situation getätigt und deren Aufgabe ist es ein Sekundärluftzuführsystem bereitzustellen, welches in der Lage ist, alle vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen.

Insbesondere ist die Aufgabe dieser Erfindung ein Sekundärluftzuführsystem bereitzustellen, in der das Ventilelement selbst an hochgelegenen Orten mit niedrigem Atmosphärendruck exakt betätigt wird, sowohl das Ventilöffnungsansprechen als auch das Ventilschließansprechen hoch sind und das Eliminieren des Erfordernisses eines E-Kombiventils den Nachteil vermeidet, dass die Luftpumpenversorgungsspannung abfällt und ein Erhöhen der Anzahl an Steuerrelais und Leitungsdrähten verhindert.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Sekundärluftzuführsystem bereitgestellt, in dem eine der Membrankammern in der Umgebung des Auslasses eines Gebläses angeordnet ist und ein Teil der von dem Gebläse abgeführten Luft direkt in eine der Membrankammern strömt.

Infolgedessen strömt, sobald eine Luftpumpe aktiviert wird, ein Teil der von dem Auslass des Gebläses abgeführten Luft in eine der Membrankammern, um dadurch das Ventil zu öffnen.

Auf diese Art und Weise werden alle Probleme des Standes der Technik gelöst.

Insbesondere kann mit dem Sekundärluftzuführsystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Ein-Aus-Betätigung des Ventils selbst an hochgelegenen Orten mit niedrigem Atmosphärendruck exakt durchgeführt werden, sowohl das Ventilöffnungsansprechen als auch das Ventilschließansprechen sind hoch und der Nachteil eines Abfalls der Luftpumpenversorgungsspannung wird aufgrund des Fehlens eines E-Kombiventils vermieden. Des weiteren wird die Anzahl an Steuerrelais und Leitungsdrähten nicht erhöht.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sekundärluftzuführsystem bereitgestellt, in dem ein Ventilelement in der Umgebung eines Membrans angeordnet ist, die Innenbahn, welche von dem Auslass des Gebläses zum Ein-Aus-Ventil führt, ein kleines Volumen hat, ein Drucksensor zum Erfassen des Drucks in der Innenbahn angeordnet ist und die Betriebszustände der Luftpumpe durch den Drucksensor erfasst werden.

Das kleine Volumen der Innenbahn erleichtert das Erfassen von Veränderungen im Abführdruck sofort nach dem Starten der Luftpumpe. Auf diese Art und Weise können die Betriebszustände der Luftpumpe nur durch die Ausgabe des Drucksensors sicher erfasst werden.

Gemäß noch einem weiterem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Sekundärluftzuführsystem bereitgestellt mit einer Übertragungseinrichtung, die durch einen einzelnen Schaft gebildet wird, welcher das Membran und das Ventilelement verbindet, wobei der Schaft bevorzugterweise auf der gleichen Achse wie die Drehachse des Elektromotors auf der Luftauslassseite der Luftpumpe angeordnet ist und das Ein-Aus-Ventil mit der Membraneinheit in der Luftpumpe integriert ist.

Dieser Aufbau bildet eine kompakte Pumpeneinheit, bei der die Luftpumpe und das Ein-Aus-Ventil (einschließlich der Membraneinheit) ineinander integriert sind.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Sekundärluftzuführsystem bereitgestellt, in dem ein Ventilelement so angepasst ist, dass es schließt, indem es auf der Seite einer Öffnung eines Ventilsitzelements stromabwärts der Pumpe aufsetzt.

Selbst in dem Fall, bei dem der Druck des Abgases an die Seite des Ventilelements stromabwärts der Pumpe abgegeben wird, wenn das Ventilelement geschlossen wird, wird das Ventilelement in der Schließrichtung durch den Druck des Abgases angetrieben und deshalb wird es nicht unpassenderweise unter dem Druck des Abgases geöffnet.

Infolgedessen wird das Abgas daran gehindert, in der umgekehrten Richtung zur Luftpumpe zu strömen, selbst in dem Fall, bei dem ein Rückschlagventil, das stromabwärts des Ventilelements angeordnet ist, ausfällt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Sekundärluftzuführsystem bereitgestellt, in dem ein Steuerrelais zum Versorgen des Elektromotors in einer unterbrochenen Art und Weise mit Strom von einer Gleichstromenergieversorgung, welche auf dem Fahrzeug montiert ist, ist bevorzugterweise einstückig mit dem Elektromotor in der Umgebung der Rnsaugluftbahn zum Führen der Luft von dem Lufteinlass der Luftpumpe zum Lufteinlass des Gebläses angeordnet.

Bei diesem Aufbau wird das Steuerrelais durch eine Luftströmung in der Ansaugluftbahn gekühlt und ein Temperaturanstieg verhindert.

Die vorliegende Erfindung kann vollständiger aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung verstanden werden, die nachfolgend zusammen mit den beigefügten Zeichnungen aufgeführt werden.

In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
1 ist ein schematisches Schaubild, das einen Aufbau eines Sekundärluftzuführsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Schnittdarstellung einer Pumpeneinheit eines Sekundärluftzuführsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erklärt. Zuerst wird ein Aufbau eines Sekundärluftzuführsystems unter Bezugnahme auf 1 erklärt.
Ein Motor 1 ist allgemein bekannt und hat ein Ansaugrohr 5 mit einem Luftreiniger 2, einer im Ansaugrohr 5 angeordneten Drosselklappe 3 und einem darin angeordneten Injektor 4 und ein Abgasrohr 9 mit einem O₂-Sensor 6, einem Katalysator 7 und einem Katalysatortemperatursensor 8, die darin angeordnet sind.
Der Öffnungsgrad des Drosselventils 3 wird auf einen Wert eingestellt, der dem Winkel des Gaspedals 11, welches durch den Fahrer betätigt wird, entspricht. Der Katalysator 7 dient zum Reinigen des Abgases durch Fördern der Oxidationsreduktionsreaktion des Abgases.
Der primäre Zweck des Sekundärluftzuführsystems ist es, die Sekundärluft zwangsweise in das Abgasrohr 9 stromaufwärts des Katalysators 7 zuzuführen, um das Aufwärmen des Katalysators 7 zu einem Zeitpunkt des Startens des Motors 1 aus einem kalten Zustand zu fördern.
Das Sekundärluftzuführsystem hat eine Pumpeneinheit 14 mit einer Luftpumpe 12 und einem Ein-Aus-Ventil 13 (mit einer Antriebseinrichtung), die ineinander integriert sind, ein Rückschlagventil 15 zum Verhindern der Rückströmung des Abgases, ein erstes Rohr 16 zum Verbinden der Pumpeneinheit 14 mit dem Rückschlagventil 15 und ein zweites Rohr 17 zum Verbinden des Rückschlagventils 15 mit Abgasrohr 9.
Als nächstes wird die Pumpeneinheit 14 detailliert erklärt. Die Pumpeneinheit 14, wie in 2 dargestellt, hat fünf Gehäuse (mit, von der rechten Seite in Figur gesehen, einem ersten bis fünften Gehäuse 21 bis 25) mit Innenkomponententeilen, die darin eingebaut sind, wobei die Gehäuse durch Schrauben 26, einer Klammer 27 und einem Eingriffsstück 28 einstöckig aneinander gekoppelt sind.
Die Luftpumpe 12 hat einen Gleichstrommotor 29 und ein Zentrifugalgebläse 31.
Das erste Gehäuse 12, welches den Gleichstrommotor 29 aufnimmt, hat auf dessen Seite (linke Seite in 2), welche näher zum Gebläse 31 ist, eine Ansaugluftbahn 33, die als Ring ausgebildet ist, um die Luft von dem Lufteinlass 32 der Luftpumpe 12 zum Lufteinlass (nicht dargestellt) des Gebläses 31 zu führen.
Unter dem ersten Gehäuse 21 in 2 ist ein mechanisches Relais (Spulenrelais) 35 zum Versorgen des Gleichstrommotors 29 in einer unterbrochenen Art und Weise mit dem Strom von der Batterie (Gleichstromenergieversorgung) 34, die an dem Fahrzeug montiert ist, angeordnet.
Dieses mechanische Relais 35 ist ein mechanischer Relaisschalter mit einer Relaisspule, welche durch eine ECU (Motorsteuereinheit) 37 elektrisch gesteuert wird und einem Ein-Aus-Schalter zum Versorgen des Gleichstrommotors 29 in einer unterbrochenen Art und Weise mit einem Strom von der Batterie, der durch eine Magnetkraft der Relaisspule betätigt wird.
Das mechanische Relais 35 wird in dem Deckel 36 aufgenommen, der auf dem ersten Gehäuse 21 montiert ist und mit dem Gleichstrommotor 29 integriert ist. Das mechanische Relais 35, welches benachbart zur Ansaugluftbahn 33 angeordnet ist und einstückig mit dem Gleichstrommotor 29 ausgebildet ist, wird durch die Ansaugluftströmung durch die Ansaugrohrbahn 33 gekühlt und somit wird dessen Temperaturanstieg unterdrückt.
Das Gebläse 31 ist aus einem Flügelrad 38, welches durch den Gleichstrommotor 29 zum Zuführen druckbeaufschlagter Luft angetrieben wird und einem Gebläsegehäuse 39, welches das Flügelrad 38 abdeckt, aufgebaut. Das Gebläsegehäuse 39 hat ein zweites Gehäuse 22, welches durch eine Schraube 26 am linken Ende des Gleichstrommotors 29 in 2 fixiert ist und ein drittes Gehäuse 23, welches an den zweiten Gehäuse 22 durch eine Klammer 27 fixiert ist.
Als nächstes wird das Ein-Aus-Ventil 13 erklärt. Das Ein-Aus-Ventil 13 ist zum Öffnen/Schließen der Sekundärluftbahn 40, um die Sekundärluft, die von dem Gebläse 31 abgeführt wird, zum Abgasrohr 9 zu führen und hat ein Ventilsitzelement 41, welches in der Sekundärluftbahn 40 in der Pumpeneinheit 14 angeordnet ist und ein Ventilelement 43 zum Öffnen/Schließen der Öffnung 42, die in dem Ventilsitzelement 41 ausgebildet ist.
Die Einrichtung zum Antreiben des Ventilelements 43 hat eine Membraneinheit 47, die ein Membran 46 hat, welches durch die Druckdifferenz zwischen einer Membrankammer 44, in welche der Abführdruck des Gebläses 31 eingeleitet wird und einer Atmosphärenkammer 45, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, versetzt wird und einen Schaft 48 (entspricht einer Übertragungseinrichtung) zum Übertragen des Versatzes des Membrans 46 an das Ventilelement 43.
Die Membraneinheit 47, welche in den Raum zwischen dem dritten Gehäuse 23 und dem vierten Gehäuse 24 ausgebildet ist, hat die Membrankammer 44 auf der Seite der Luftpumpe 12 und die Atmosphärenkammer 45, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, welche durch das Membran 46 definiert wird, das zwischen dem dritten Gehäuse 23 und dem vierten Gehäuse 24 unterstützt wird. Das im Wesentlichen scheibenförmige Membram 46 und das im Wesentlichen scheibenförmige Flügelrad 38 sind in einer annähernd gegenüberliegenden Beziehung zueinander durch eine Trennwand 23a des dritten Gehäuses 23 angeordnet.
Das Membran 46 ist aus elastischem verformbarem Gummimaterial hergestellt, dessen wesentliches Zentrum zwischen Verstärkungsplatten 51, 52 gehalten wird, welche wiederum ein Ende des Schafts 48 an deren Mitten fixiert haben.
Eine Feder 53 zum Drängen des Ventilelements 43 in der Ventilschließrichtung, welches am anderen Ende des Schafts 48 fixiert ist, ist in der Atmosphärenkammer 45 angeordnet.
Die Membrankammer 44, wie vorstehend beschrieben, ist in der Umgebung des Flügelrades 38 des Gebläses 31 in einer beabstandeten Beziehung mit der Trennwand 23a des dritten Gehäuses 23 in der Umgebung des Auslasses des Gebläses 31 angeordnet. Ein Teil der Luft, welche von dem Auslass 54 des Gebläses 31 abgeführt wird, strömt direkt in die Membrankammer 44. Insbesondere ist eine Abführdrucköffnung 55 zum Führen eines Teiles der Luft, welche von dem Gebläse 31 abgeführt wird, in die Membrankammer 44, in der Umgebung des Auslasses 54 des Gebläses 31 ausgebildet, so dass nach der Aktivierung der Luftpumpe 12 ein Teil der Luft, welche von dem Auslass 54 des Gebläses 31 abgeführt wird, direkt durch die Abführdrucköffnung 55 in die Membrankammer 44 strömt, wie durch den Pfeil A in 2 gekennzeichnet, wodurch der Innendruck der Membrankammer 44 erhöht wird.
Der Schaft 48 ist auf der gleichen Achse wie die Drehwelle 56 des Gleichstrommotors 29 angeordnet und wird axial und gleitfähig durch eine Hülse (Hülsenlager) 57 unterstützt, welches auf der Trennwand 24a des vierten Gehäuses 24 unterstützt wird.
Eine Öldichtung 58 ist auf der linken Seite der Hülse 57 in 2 montiert, so dass die Ölkomponente, die in dem Abgas enthalten ist und dazu neigt, in die Sekundärluftbahn 40 einzutreten, darin gehindert wird, an die Hülse 57 anzuhaften. Selbst in dem Fall, bei dem das Abgas in die Pumpeneinheit 14 eintritt, wird somit der Schaft 48 daran gehindert, durch Ölkomponenten, die mit dem Abgas vermischt sind, fixiert zu werden.
Das Ventilsitzelement 41 wird zwischen dem vierten Gehäuse 24 und dem fünften Gehäuse 25 unterstützt. Eine Öffnung 42 ist in dem Ventilsitzelement 41 auf der gleichen Achse wie die Drehwelle 56 des Gleichstrommotors 29 ausgebildet.
Andererseits ist das Ventilelement 43 am anderen Ende des Schafts 48, wie vorstehend beschrieben, fixiert und ist so angepasst, dass es die Öffnung 42 schließt, indem es auf der Fläche (Peripherie der Öffnung 42) des Ventilsitzelements 41 stromaufwärts der Pumpe (linke Seite in 2) aufsitzt. Insbesondere ist die Fläche des Ventilelements 43 des Ein-Aus-Ventils 13, das so angepasst ist, dass es in Schließkontakt mit dem Ventilsitzelement 41 kommt, auf der Seite näher zum Ausstoßauslass des Gebläses 31, während die andere Seite des Ventilelements 43 auf der Abgasseite ist.
Das Ventilelement 43 ist in der Umgebung des Membrans 46 über den Schaft 48 angeordnet und die Innenbahn 41, die von dem Auslass 54 des Gebläses 31 zum Ventilelement 43 führt, hat ein kleines Volumen.
Die Innenbahn 61, die in 1 dargestellt ist, hat einen daran montierten Drucksensor 62 zum Erfassen des Drucks der Innenbahn 61 und die Betriebszustände der Luftpumpe 12 werden durch den Drucksensor 62 erfasst.
Das kleine Volumen der Innenbahn 61 erleichtert das Erfassen durch den Drucksensor 62 von Ausstoßdruckveränderungen sofort nach der Aktivierung der Luftpumpe 12. Somit können die Betriebszustände der Luftpumpe 12 durch die Ausgabe des Drucksensors 62 erfasst werden.
Das Rückschlagventil 15 ist zur Vermeidung von Rückströmung von Abgas in dem Abgasrohr 9 hin zur Pumpeneinheit 14 und hat ein Metallblattventil 63 in der Form einer dünnen Plattenfeder, die so angepasst ist, dass sie unter dem Druck der Sekundärluft, die von der Pumpeneinheit 14 ausgestoßen wird, öffnet. Abhängig von der Pulsierfrequenz oder der Störmungsrate des Abgases kann jedoch das Rückschlagventil 15 unwirksam werden, mit dem Ergebnis, dass das Abgas umgekehrt hin zur Pumpeneinheit 14 durch das Rückschlagventil 15 strömt. In 1 kennzeichnet die Bezugsnummer 64 einen Stopper zum Begrenzen des maximalen Öffnungsgrads des Metallblattventils 63.
Das Rückschlagventil 15 wird durch das Abgas aufgeheizt. Die Pumpeneinheit 14 ist andererseits aus Teilen (wie z.B. einen Membran 46) aufgebaut, die eine niedrige Wärmebeständigkeit haben. Aus diesem Grund ist die Pumpeneinheit 14 in einer ein wenig beabstandeten Beziehung mit dem Abgasrohr 9 und dem Rückschlagventil 15 montiert. Infolgedessen hat das erste Rohr 16 zum Zuführen der Sekundärluft, die von der Pumpeneinheit 14 zum Rückschlagventil 15 abgeführt wird, eine ausreichende Länge, um die Übertragung von Abgaswärme zur Pumpeneinheit 14 zu erschweren.
Als nächstes wird der Betrieb des Sekundärluftzuführsystems erklärt.
Als Anwort auf eine Anweisung, die von einer ECU 37 an ein mechanisches Relais 35 gegeben wird, um einen elektrischen Strom zum Gleichstrommotor 29 zu einem Zeitpunkt des Startens des Motors in einem kalten Zustand zuzuführen, wird das Gebläse 31 aktiviert und die Luft von dem Auslass 34 des Gebläses 31 ausgestoßen. Dann strömt ein Teil der Luft, die von dem Gebläse 31 ausgestoßen wird, in die Membrankammer 44. Infolgedessen steigt der Druck in der Membrankammer 44 an, sobald die Luftpumpe 12 gestartet wird, so dass das Membran 46 in 2 nach links versetzt wird. Dieser Versatz wird zum Ventilelement 43 über den Schaft 48 übertragen, wodurch das Ein-Aus-Ventil 13 geöffnet wird. Dann wird die Sekundärluft, welche die Öffnung 42 passiert, zwangsweise in das Abgasrohr 9 zugeführt und zwar über das erste Rohr 16, das Rückschlagventil 15 und das zweite Rohr 17, wodurch das Aufwärmen des Katalysators 7 gefördert wird.
Wenn von der ECU 37 eine Anweisung an das mechanische Relais 35 ausgegeben wird, um das Zuführen von elektrischem Strom zum Gleichstrommotor mit dem Temperaturanstieg des Katalysators 7 anzuhalten, hält das Gebläse 31 an und der Druck an dem Ausstoßauslass des Gebläses 31 fällt ab und so fällt auch der Druck in der Membrankammer 44 ab. Dann wird das Membran 46 durch die Rückstellkraft der Feder 53 in 2 nach rechts versetzt, wobei der Versatz zum Ventilelement 43 über den Schaft 48 übertragen wird, wodurch das Ein-Aus-Ventil 13 geschlossen wird. Zur gleichen Zeit wird das Rückschlagventil 15 geschlossen und verhindert, dass das Abgas in dem Abgasrohr 9 umgekehrt zur Pumpeneinheit 14 strömt.
In dem Sekundärluftzuführsystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die. Membrankammer 44 in der Umgebung des Auslasses 54 des Gebläses 31 so angeordnet, dass ein Teil der Luft, welche von dem Gebläse 31 ausgestoßen wird, direkt in die Membrankammer 44 strömt. Mit diesem Aufbau strömt gleichzeitig wenn die Luftpumpe 12 gestartet wird, ein Teil der Luft, welche von dem Auslass 54 des Gebläses 31 ausgestoßen wird, in die Membrankammer 44 und öffnet das Ein-Aus-Ventil 13.
Infolgedessen hat das Sekundärluftzuführsystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel die folgenden Vorteile:

(a) Anders als in dem Stand der Technik wird das Ein-Aus-Ventil nicht durch Verwendung von Unterdruck angetrieben und deshalb wird das Ein-Aus-Ventil 13 exakt betätigt, selbst an hochgelegenen Orten mit niedrigem Atmosphärendruck.
(b) Sowohl das Ventilöffnungsansprechen vom Start der Luftpumpe 12 bis zum Zeitpunkt wenn das Ein-Aus-Ventil 13 öffnet und das Ventilschließansprechen vom Anhalten der Luftpumpe 12 bis zum Zeitpunkt, wenn das Ein-Aus-Ventil 13 schließt, sind schnell.
(c) Da das E-Kombiventil nicht verwendet wird, wird die Leistung, die sonst durch die Betätigung des E-Kombiventils und des Steuerrelais (IC-Relais, mechanisches Relais, usw.) zum elektrischen Steuern des E-Kombiventils verbraucht werden würde, gespart. Infolgedessen wird ein Abfall der Spannung, die an die Luftpumpe 12 (Gleichstrommotor 29) zugeführt wird, vermieden und ein Vermögen druckbeaufschlagte Sekundärluft zuzuführen, wird nicht negativ beeinflusst.
(d) Das Fehlen des E-Kombiventils eliminiert das Erfordernis eines Steuerrelais zum elektrischen Steuern des E-Kombiventils. Deshalb wird die Anzahl an Steuerrelais, welche auf die Pumpeneinheit 14 montiert sind, verglichen mit dem Fall, bei dem ein E-Kombiventil verwendet wird, verringert.

Außerdem verringert die Beseitigung der Steuerrelais für das E-Kombiventil die Anzahl an Leitungsdrähten (elektrische Drähte) 65, die für das Sekundärluftzuführsystem verwendet werden. Insbesondere wird die Anzahl an Leitungsdrähten 65 für die Steuerrelais des E-Kombiventils verringert.
Ein spezifisches Beispiel, in dem die Anzahl an Leitungsdrähten verringert wird, wird nachfolgend erklärt.
Wenn das E-Kombiventil verwendet wird, und das IC-Relais als Steuerrelais für das E-Kombiventil verwendet wird und das IC-Relais an einem anderen Ort als der Pumpeneinheit 14 montiert ist, wären für die Leitungsdrähte elf Leitungsdrähte 65 erforderlich.
Die elf Leitungsdrähte 65 würden verwendet werden für die Verbindung zwischen dem IC-Relais und der Batterie 34, der Verbindung zwischen dem IC-Relais und der Luftpumpe 12, der Verbindung zwischen dem IC-Relais und dem E-Kombiventil, der Verbindung zwischen dem IC-Relais und der Erdung (GND), der Verbindung zwischen dem IC-Relais und der ECU 37 als ein Leitungsdraht zum Steuern der Luftpumpe, der Verbindung zwischen dem IC-Relais und der ECU 37 als ein Leitungsdraht 65 zum Steuern des E-Kombiventils, der Verbindung zwischen dem E-Kombiventil und der Erdung, der Verbindung zwischen der Batterie 34 und der Erdung, der Verbindung zwischen dem IC-Ralais und der ECU 37 und der Verbindung zwischen dem IC-Relais und der Batterie 34 als Leitungsdraht zum Zuführen von Leistung zur internen Steuerung.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird im Gegensatz dazu die Anzahl an Leitungsdrähten 65 auf fünf verringert, in Anbetracht der Tatsache, dass das mechanische Relais 35, welches einstückig auf der Pumpeneinheit 15 montiert ist, als ein Steuerrelais der Luftpumpe 12 verwendet wird, ohne das E-Kombiventil zu verwenden.
Die verbleibenden fünf Leitungsdrähte werden verwendet für die Verbindung zwischen dem mechanischen Relais 35 und der Batterie 34, der Verbindung zwischen dem mechanischen Relais 35 und der Luftpumpe 12, der Verbindung zwischen dem mechanischen Relais 35 und der ECU 37 als Leitungsdraht 65 zum Steuern der Luftpumpe, als Verbindung zwischen der Batterie 34 und der Erdung und als Verbindung zwischen der Luftpumpe 12 und der Erdung.
Wie vorstehend beschreiben, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Anzahl an Leitungsdrähten von elf auf fünf verringert. Infolgedessen werden nicht nur die Kosten sondern auch der Widerstand zwischen den Leitungsdrähten aufgrund der Verringerung der Anzahl an Leitungsdrähten verringert, wodurch der Spannungsabfall zur Luftpumpe 12 (Gleichstrommotor 29) verringert wird. Außerdem verringert eine verringerte Anzahl an Verbindungsstiften des Verbindungssteckers 66 die Möglichkeit eines Kontaktversagens.

(e) Das Ventilelement 43 ist in der Umgebung des Membrans 46 angeordnet und die Innenbahn 61, welche von dem Auslass 54 des Gebläses 31 zum Ein-Aus-Ventil 13 strömt, hat ein kleines Volumen. Deshalb kann der Drucksensor 62 einfach die Veränderung im Ausstoßdruck sofort nach dem Start der Luftpumpe 12 erfassen. Infolgedessen können die Betriebszustände der Luftpumpe 12 einfach aus dem Druck, der durch den Drucksensor 62 erfasst wurde, sicher erfasst werden.

Im Stand der Technik (ein Beispiel, welches ein E-Kombiventil verwendet), werden zum Antreiben des Ein-Aus-Ventils 13 mit einem motorgetriebenen Aktuator andererseits die Betriebszustände der Luftpumpe 12 entsprechend der Druckdifferenz erfasst, die durch den Drucksensor 62 durch Umschalten des E-Kombiventils während die Luftpumpe 12 in Betrieb ist, erfasst. Der Stand der Technik, welcher das E-Kombiventil verwendet, wirft somit das Problem auf, dass eine erhöhte Anzahl an Steuerrelais erforderlich ist, um die Betriebszustände der Luftpumpe 12 zu überprüfen.
Mit dem Sekundärluftzuführsystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist im Gegensatz dazu eine erhöhte Anzahl an Steuerrelais zum Schalten des E-Kombiventils nicht erforderlich und deshalb ist die Anzahl an Steuerrelais zum Überprüfen der Betriebszustände der Luftpumpe 12 verringert.

(f) Der Schaft 48 zum Verbinden des Membrans 46 und des Ventilelements 43 ist auf der gleichen Achse wie die Drehwelle 46 des Gleichstrommotors 29 und in dessen Nähe angeordnet. Deshalb ist eine kompakte Pumpeneinheit 14 mit der Luftpumpe 12 des Ein-Aus-Ventils 13 (einschließlich der Antriebseinrichtung) die ineinander integriert sind, realisiert. Somit kann die Pumpeneinheit 14 leichter an dem Fahrzeug montiert werden.
(g) Das Ventilelement 43 ist auf der Seite der Öffnung 42 stromabwärts der Pumpe aufliegend angeordnet. Selbst in dem Fall, bei dem der Druck des Abgases auf der Seite des Ventilelements 43 stromabwärts der Pumpe zu einem Zeitpunkt des Schließens des Ventils 43 angelegt wird, wird daher das Ventilelement 43, das in der Schließrichtung durch den Druck des Abgases angetrieben wird, nicht durch den Druck des Abgases geöffnet, wenn es geschlossen wird.

Im Falle einer Fehlfunktion des Rückschlagventils 15 wird deshalb das Abgas daran gehindert, in der umgekehrten Richtung zur Luftpumpe 12 zu strömen.
In Anbetracht der Tatsache, dass die Fläche des Ventilelements 43, die so angepasst ist, dass sie in Schließkontakt mit dem Ventilsitzelement 41 kommt, auf der Seite näher zum Auslass des Gebläses 31 angeordnet ist, während die andere Fläche des Ventilelements 43 auf der Abgasseite angeordnet ist, wird außerdem das Ventilelement 43 in die Öffnungsrichtung gedrückt, wenn das Gebläse 31 aktiviert wird. Im Fall, bei dem das Abgas umgekehrt von der Abgasseite strömt, wird deshalb das Ventilelement 43 in die Schließrichtung gedrückt. Folglich ist das Ventilöffnungsansprechen so hoch, dass das Ventilelement 43 daran gehindert wird, entgegen des umgekehrten Stroms des Abgases geöffnet zu werden.

(h) Mit dem Sekundärluftzuführsystem gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das mechanische Relais 35 einstückig mit dem Gleichstrommotor 29 in der Umgebung der Ansaugluftbahn 33 angeordnet. Deshalb wird das mechanische Relais 35 gekühlt und ein Temperaturanstieg durch die Ansaugluft, die in der Ansaugluftbahn 33 strömt, verhindert.

Die Ausführungsbeispiele, die vorstehend beschrieben wurden, repräsentieren einen Fall, in dem das mechanische Relais 35 verwendet wird, um den Gleichstrommotor 29 elektrisch zu steuern. Nichts desto trotz kann ein IC-Relais mit einer Halbleiterschaltvorrichtung alternativ verwendet werden. Durch Austauschen des mechanischen Relais 35 mit dem IC-Relais wird eine Hochgeschwindigkeitsschaltbetätigung und ein Pulsweitenmodulation(PWM)-Steuerungsbetrieb des Gleichstrommmotors 29 ermöglicht. Der PWM-Steuerungsbetrieb des Gleichstrommotors 29 erlaubt, dass die Ausstoßströmungsrate der Luftpumpe 12 in einer Art und Weise verändert wird, dass die Systemanforderungen erfüllt werden. In dem Fall, in dem der Gleichstrommotor 29 durch PWM-Steuerung gesteuert wird, indem das IC-Relais verwendet wird, wird das IC-Relais aufgeheizt. Wie in den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben, wird jedoch das IC-Relais, welches einstückig mit dem Gleichstrommotor 29 in der Umgebung der Ansaugluftbahn 33 angeordnet ist, durch die Ansaugluft gekühlt, welche in der Ansaugluftbahn 33 strömt, was es ermöglicht, den Temperaturanstieg des IC-Relais zu unterdrücken.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Schaft 48 koaxial mit der Drehwelle des Gleichstrommotors 29 angeordnet. Jedoch muss der Schaft 48 nicht notwendigerweise auf der gleichen Achse wie die Drehwelle 56 des Gleichstrommotors 29 angeordnet werden.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele verwenden nur einen Schaft 48 als Beispiel für eine Übertragungseinrichtung. Nichts desto trotz kann der Versatz des Membrans 46 zum Ventilelement 43 durch Verwendung einer Vielzahl an Teilen, wie einem Zahnrad, einer Nocke und einer Verbindung, übertragen werden.
Anders als in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein Wechselstrommotor anstatt des Gleichstrommotors 29 als Elektromotor verwendet werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, die zum Zwecke der Veranschaulichung ausgewählt wurden, sollte ersichtlich sein, dass zahlreiche Modifikationen von jenen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, gemacht werden können ohne vom Basiskonzept und dem Rahmen der Erfindung abzuweichen.
In dem offenbarten Sekundärluftzuführsystem wird ein Ein-Aus-Ventil (13) durch den Ausstoßdruck einer Luftpumpe (12) angetrieben. Eine Membrankammer (44) ist in der Umgebung des Ausstoßauslasses (54) angeordnet und ein Teil der Ausstoßluft strömt direkt in die Membrankammer (44). Somit wird das Ein-Aus-Ventil (13) sicher betätigt, selbst an hochgelegenen Orten mit niedrigem Atmosphärendruck und hat ein schnelles Öffnungs- /Schließansprechen. Da kein elektromagnetischer Aktuator zum Antreiben des Ein-Aus-Ventils (13) verwendet wird, fällt die Spannung, die an die Luftpumpe (12) (Gleichstrommotor (29)) zugeführt wird, nicht ungeeigneterweise ab und gleichzeitig werden Kosten verringert. Des weiteren wird die Anzahl an Leitungsdrähten (65) verringert.

Claims

Sekundärluftzuführsystem mit: einer Luftpumpe mit einem Elektromotor und einem Gebläse; einer Sekundärluftbahn zum Führen der Sekundärluft, die von dem Gebläse ausgestoßen wird zu einem Abgasrohr stromaufwärts eines Katalysators zum Reinigen des Abgases; einem Ein-Aus-Ventil, welches betätigt wird, um die Sekundärluftbahn zu Öffnen/Schließen; und einer Antriebseinrichtung zum Öffnen/Schließen des Ventilelements des Ein-Aus-Ventils, wobei die Antriebseinrichtung zum Öffnen/Schließen des Ventilelements des Ein-Aus-Ventils eine Membraneinheit hat, welche ein Membran hat, das so angepasst ist, dass es durch die Druckdifferenz zwischen einer Membrankammer, in die der Austoßdruck des Gebläses eingeleitet wird und einer Atmosphärenkammer, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, versetzt wird sowie eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen des Versatzes des Membrans an das Ventilelement hat, und wobei die Membrankammer in der Umgebung des Auslasses des Gebläses angeordnet ist und ein Teil der Luft, welche von dem Gebläse ausgestoßen wird, direkt in die Membrankammer strömt.
Sekundärluftzuführsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Ventilelement in der Umgebung des Membrans angeordnet ist und die Innenbahn, welche von dem Auslass des Gebläses zum Ein-Aus-Ventil führt, ein kleines Volumen hat, und wobei ein Drucksensor zum Erfassen des Drucks der Innenbahn in der Innenbahn angeordnet ist und die Betriebszustände der Luftpumpe durch den Drucksensor erfasst werden.
Sekundärluftzuführsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Übertragungseinrichtung ein einzelner Schaft ist, welcher das Membran und das Ventilelement verbindet und auf der gleichen Achse wie die Drehwelle des Elektromotors auf der Luftausstoßseite der Luftpumpe angeordnet ist, und wobei das Ein-Aus-Ventil einschließlich der Membraneinheit und die Luftpumpe ineinander integriert sind.
Sekundärluftzuführsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Ventilelement auf eine solche Art und Weise angeordnet ist, dass es in einem Schließkontakt auf der Seite einer Öffnung eines Ventilsitzelements stromabwärts der Pumpe aufsitzt.
Sekundärluftzuführsystem gemäß Anspruch 1, des weiteren mit zumindest einem Steuerrelais zum Versorgen des Elektromotors in einer unterbrochenen Art und Weise mit Strom von einer Gleichstromenergieversorgung, welche auf einem Fahrzeug montiert ist, wobei das Steuerrelais einstückig mit dem Elektromotor in der Umgebung der Ansaugluftbahn zum Führen der Luft von dem Lufteinlass der Luftpumpe zum Lufteinlass des Gebläses angeordnet ist.
Sekundärluftzuführsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Fläche des Ventilelements des Ein-Aus-Ventils, das so angepasst ist, dass es in einem Schließkontakt mit der Öffnung ist, näher zum Austoßauslass des Gebläses angeordnet ist und die andere Fläche des Ventilelements auf der Abgasseite angeordnet ist.