-
Stand der Technik
-
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
-
Es ist schon eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine aus der
JP H08-254 145 A bekannt, die ein Abgasrohr mit zumindest einem Katalysator und einen parallel zum Abgasrohr verlaufenden Bypass aufweist, wobei ein Eingang in den Bypass mittels einer ersten Klappe verschließbar ist, die von einem Aktor verstellbar ist. Der Katalysator ist im parallel zum Bypass verlaufenden Parallelabschnitt des Abgasrohrs vorgesehen, wobei ein Eingang in diesen Parallelabschnitt mittels einer zweiten Klappe verschließbar ist und wobei in diesem Parallelabschnitt stromab der zweiten Klappe und stromauf des Katalysators eine Lambdasonde angeordnet ist.
-
Es sind Abgasanlagen mit Diagnosesensoren bekannt, die ständig dem Abgas ausgesetzt sind. Durch die harten Umgebungsbedingungen im Abgasrohr wie z. B. Temperaturwechsel, Aschen von Kraftstoff- und Motoröl-Additiven, Katalysatoraustrag, Wasserdampf und andere Abgaskomponenten erfahren die Diagnosesensoren nach einer bestimmten Zeit einen sogenannten Signaldrift, der die Messgenauigkeit zunehmend verschlechtert und dadurch die Einsatzdauer der Diagnosesonden begrenzt. Die Diagnosesensoren haben teilweise Schutzrohre und/oder Schutzschichten, die den Diagnosesensor vor den schädlichen Umgebungsbedingungen schützen sollen. Weiterhin sind Abgasanlagen aus der
DE 198 10 973 A1 ,
US 2005/0 160 840 A1 ,
DE 295 00 216 U1 und der
DE 10 2007 038 516 A1 bekannt.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Diagnosesensor, der nur intervallmäßig Messwerte erfassen muss, auch nur während des Messintervalls dem Abgas ausgesetzt wird. Somit wird die Lebensdauer des zumindest einen Diagnosesensors verlängert und die hohe Messgenauigkeit des Diagnosesensors dauerhaft aufrechterhalten. Die Vorrichtung ermöglicht den Einsatz von genaueren und empfindlicheren Sensoren, da diese nur noch zeitweilig dem Abgas ausgesetzt sind und vor bestimmten kritischen Motorbetriebzuständen geschützt werden können.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausführung ist die Vorrichtung außerdem an der Abgasanlage leicht montierbar bzw. austauschbar, indem die Sensorkammer ein separates Gehäuse aufweist, das separat an einer Abgasanlage montierbar ist.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
-
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung eine Sensorkammer hat, die zur zumindest teilweisen Aufnahme des Diagnosesensors vorgesehen ist, eine Öffnung und ein mit der Öffnung zusammenwirkendes Ventilglied aufweist, das mittels eines Aktors verstellbar ist. An dem separaten Gehäuse ist zumindest eine Sensorkammer, ein Ventilglied und eine Aufnahme für den Diagnosesensor ausgebildet, da auf diese Weise eine kompakte Vorrichtung erreicht wird, die leicht an der Abgasanlage montierbar ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein das Ventilglied verstellender Aktor in dem separaten Gehäuse integriert oder separat an dem separaten Gehäuse angeordnet.
-
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahme für den Diagnosesensor ein in die Sensorkammer führender Sensorkanal ist, da der Diagnosesensor auf diese Weise besonders einfach an der Vorrichtung befestigbar ist. Beispielsweise wird dieser in den Sensorkanal eingeschraubt.
-
Auch vorteilhaft ist, wenn das Ventilglied drehbar gelagert oder axial verschiebbar ist. Die Ausführung mit einem drehbaren Ventilglied hat den Vorteil, dass eine sehr einfache und kostengünstige Konstruktion ermöglicht ist. Allerdings ist die Ausführung in dem Abgasrohr vorzugsweise zur Strömungsrichtung orientiert einzubauen, um reproduzierbare und vergleichbare Messwerte des Diagnosesensors zu erhalten. Die Ausführung mit einem axial verschiebbaren Ventilglied hat den Vorteil, dass sie unempfindlich ist gegen Anhaftungen von Partikeln, die das Öffnen des Ventilglieds behindern könnten. Außerdem ist kein zur Strömungsrichtung orientierter Einbau notwendig.
-
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, das Ventilglied klappenförmig, tassenstößelförmig oder ventilnadelförmig auszuführen.
-
Des Weiteren vorteilhaft ist, wenn der Aktor ein Elektromagnet mit einem Anker und einer elektrischen Spule oder ein pneumatischer oder hydraulischer Steller ist, da das Ventilglied auf diese Weise besonders einfach und kostengünstig verstellbar ist.
-
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn eine das Ventilglied rückstellende Rückstellfeder vorgesehen ist, da auf diese Weise eine einfache und zuverlässige Rückstellung des Ventilglieds in die Ausgangsposition erreicht wird. Die Rückstellfeder kann dabei auf das Ventilglied, den Schaft des Ventilglieds oder auf den Anker wirken. Alternativ ist jedoch auch eine Konstruktion denkbar bei der das Öffnen und Schließen des Ventilglied über eine Dreh oder Schraubbewegung erfolgt.
-
Zeichnung
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
1 zeigt im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
-
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient dazu, den Zufluss von Abgasen einer Abgasanlage zu einem Diagnosesensor zu steuern, um die Diagnosesonde nur temporär den heißen Abgasen auszusetzen und ansonsten gegenüber den Abgasen abzuschotten. Der Diagnosesensor ist beispielsweise als Hinterkatsonde appliziert und ist zur gasselektiven Diagnose der Abgaszusammensetzung vorgesehen. Beispielsweise handelt es sich hierbei um einen Kohlenmonoxid-, Kohlenwasserstoff-(NMHC), Stickoxid- oder Partikelsensor.
-
Die Vorrichtung weist eine Sensorkammer 1 zur zumindest teilweisen Aufnahme des Diagnosesensors 2 auf. Die Sensorkammer 1 hat eine Öffnung 3 zur Strömungsverbindung mit dem Abgas der Abgasanlage, von der in 1 ausschnittsweise ein Abgasrohr 4 dargestellt ist. An der Öffnung 3 der Sensorkammer 1 ist ein Ventilglied 5 vorgesehen, mittels dem der Zufluss in die Sensorkammer 1 steuerbar ist. Beim Anliegen des Ventilglieds 5 an der Öffnung 3 ist die Öffnung 3 geschlossen und der Eingang in die Sensorkammer 1 geschlossen. An der Öffnung 3 ist beispielsweise ein mit dem Ventilglied 5 zusammenwirkender Ventilsitz ausgebildet. Das Ventilglied 5 wird mittels eines Aktors 6 verstellt.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Sensorkammer 1 ein separates Gehäuse 10 aufweist, das separat an dem Abgasrohr 4 der Abgasanlage montierbar ist. An dem separaten Gehäuse 10 ist zumindest die Sensorkammer 1, das Ventilglied 5 und eine Aufnahme 11 für den Diagnosesensor 2 ausgebildet. Der Aktor 6 kann in dem Gehäuse 10 integriert oder separat als eigene Einheit an dem Gehäuse 10 angeordnet sein.
-
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Aufnahme 11 für den Diagnosesensor 2 ein in die Sensorkammer 1 führender Sensorkanal 12, in dem der Diagnosesensor 2 gehalten, beispielsweise eingeschraubt ist. Der Sensorkanal 12 ist ein Durchgangskanal, der von der dem Abgasrohr 4 abgewandten Außenseite der Vorrichtung für das Einfügen des Diagnosesensors 2 in den Sensorkanal 12 offen und zugänglich ist.
-
Das Ventilglied 5 ist im ersten Ausführungsbeispiel klappenförmig oder deckelförmig ausgebildet und daher um eine Drehachse drehbar gelagert, wobei das Scharnier der Klappe auf der der Strömung abgewandten Seite vorgesehen ist. Um ein Blockieren der Klappe durch Partikelanlagerungen zu vermeiden, kann das Ventilglied 5 in vorbestimmten Betriebszuständen oder in vorbestimmten zeitlichen Intervallen kurzzeitig bewegt werden, um Anlagerungen frühzeitig abzulösen.
-
Der Aktor 6 ist gemäß der ersten Ausführung ein Elektromagnet mit einem Anker 14 und einer elektrischen Spule 15, kann aber auch ein beliebig anderer Antrieb sein, beispielsweise ein pneumatisch oder hydraulisch betriebener Antrieb, ein Piezo- oder Formgedächtnisaktor. Zum Öffnen des Ventilglieds 5 drückt der Anker 14 mit einem in einem Stellkanal 16 des separaten Gehäuses 10 vorgesehenen Stellelement 17 in Längsrichtung des Stellkanals 16 auf das Ventilglied 5 und bewirkt auf diese Weise eine öffnende Drehbewegung des Ventilglieds 5. Das Stellelement 17 ist beispielsweise stößelförmig oder schaftförmig ausgeführt. Das Stellelement 17 ist an seinem einen Ende mit dem Anker 14 und an seinem anderen Ende beispielsweise über ein Gelenk 18 mit dem Ventilglied 5 mechanisch verbunden, so dass sowohl ein Öffnungshub als auch ein Schließhub des Ankers 14 über das Stellelement 17 auf das drehbar gelagerte Ventilglied 5 übertragen wird. Das Stellelement 17 ist mit dem Anker 14 fest verbunden, beispielsweise einstückig oder mehrstückig. Es ist beispielsweise eine Rückstellfeder 19 vorgesehen, die das Ventilglied 5 nach einem Öffnungshub zurück in seine Ausgangsposition rückstellt und auf diese Weise beim Ausschalten der elektrischen Spule 15 den Schließhub bewirkt. Die Rückstellfeder kann dabei auf das Ventilglied 5, den Schaft des Ventilglieds 17 oder auf den Anker 14 wirken. Die Rückstellfeder 19 kann abhängig vom Einbau als Zug- oder Druckfeder ausgeführt sein. Anstatt der Rückstellfeder 19 kann aber auch eine zweite elektrische Spule vorgesehen sein, die für den Schließhub sorgt. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Anker 14 und die den Anker 14 umgebende elektrische Spule 15 an einem dem Abgasrohr 4 abgewandten Ende des Stellkanals 16 angeordnet. Der Stellkanal 16 ist beispielsweise als Durchgangskanal ausgebildet, der das separate Gehäuse 10 von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite durchläuft.
-
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Gelenk 18 als Verbindung des Ventilglieds 5 mit dem Stellelement 17 und die am Anker 14 oder dem Stellelement 17 angreifende Rückstellfeder 19 entfällt und durch eine Rückstellfeder 20 ersetzt wird, die mit ihrem einen Ende am separaten Gehäuse 10 und mit ihrem anderen Ende am Ventilglied 5 befestigt ist. Das Stellelement 17 und das Ventilglied 5 sind in diesem Fall nicht miteinander verbunden.
-
Die Vorrichtung ist derart ausgeführt, dass das Ventilglied 5 bei unbestromtem Aktor 6 geschlossen ist.
-
Das separate Gehäuse 10 ist beispielsweise in einer Montageöffnung 22 des Abgasrohrs 4 angeordnet und ragt zumindest abschnittsweise in das Abgasrohr 4 hinein. Beispielsweise ist das separate Gehäuse 10 in die Montageöffnung 22 eingeschraubt, wobei das separate Gehäuse 10 ein Außengewinde und die Montageöffnung ein Innengewinde aufweist.
-
Der Aktor 6 wird von einem Steuergerät 23 zum Öffnen oder Schließen des Ventilglieds 5 angesteuert. Im Steuergerät 23 können vorbestimmte Betriebszustände einer Brennkraftmaschine definiert sein, bei denen das Ventilglied 5 geschlossen oder geöffnet wird. Alternativ kann zur Steuerung des Ventilglieds 5 auch die Heizerspannung eines Heizers der Diagnosesonde 2 als Stellgröße verwendet werden, sofern ein Heizer vorhanden ist. Bei einer solchen Steuerung wird das Ventilglied 5 bei einer niedrigen Heizspannung geschlossen und bei einer hohen Heizspannung geöffnet. Es kann auch vorgesehen sein, das Ventilglied 5 in vorbestimmten zeitlichen Intervallen zu öffnen und nach einer vorbestimmten Zeit wieder zu schließen. Die für die jeweilige Applikation günstigste Öffnungsstrategie wird von mehreren Faktoren bestimmt, z. B. von der durch die Gesetzgebung vorgegebenen Anforderung an die Diagnosefunktion, von dem Funktionsprinzip des ausgewählten Diagnosesensors und dessen speziellen Empfindlichkeiten während bestimmter Motorbetriebszustände. Beispiele für typischerweise kritische Betriebszustände sind wasserschlaggefährdete Startphasen, Volllast- oder Hochtemperaturphasen oder Regenerationszyklen für DPF oder Katalysatoren, während derer das Ventil nach Möglichkeit vollständig geschlossen wird oder der Gasstrom zum Sensor hin durch teilweisen Verschluss reduziert wird.
-
2 zeigt im Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
Bei der Vorrichtung nach 2 sind die gegenüber der Vorrichtung nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass das Ventilglied 5 nicht drehbar gelagert, sondern axial beweglich angeordnet ist. Der Anker 14, das Stellelement 17 und das Ventilglied 5 bilden gemeinsam ein ventilnadelförmiges, beispielsweise einstückiges Bauteil, das mittels der elektrischen Spule 15 axial verstellbar ist und von der Rückstellfeder 19 in Richtung des an der Öffnung 3 gebildeten Ventilsitzes gedrückt wird. Die elektrische Spule 15 ist beispielsweise in dem separaten Gehäuse 10 integriert. Das Stellelement 17 ist in dem Stellkanal 16 gelagert, der beim zweiten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel in die Sensorkammer 1 mündet und in etwa zentrisch angeordnet ist. Wegen der zentrischen Anordnung des ventilnadelförmiges Bauteils verläuft der die Aufnahme 11 für den Diagnosesensor 2 bildende Sensorkanal 12 beispielsweise schräg oder waagerecht bezüglich der Längserstreckung des Stellelementes 17 in die Sensorkammer 1.
-
Bei einer alternativen Variante des zweiten Ausführungsbeispiels wird das Ventil nicht durch einen reinen axialen Hub des Stellelementes 17 geöffnet und geschlossen, sondern mittels einer Dreh- bzw. Schraubbewegung. Die Drehbewegung hat den Vorteil, dass durch die Querkräfte zwischen Ventilglied 5 und Ventilsitz einem Verbacken der Bauteile durch Ablagerungen entgegengewirkt wird. Hierzu ist in dem Stellkanal 16 ein steiles Innengewinde mit hoher Steigung vorgesehen, das mit einem steilen Außengewinde des Stellelementes 17 zusammenwirkt. Der Aktor 6 übt eine axiale Stellkraft auf das Stellelement 17 aus, wobei durch das steile Innengewinde eine Drehbewegung des Stellelementes 17 erreicht wird.
