DE102016117575A1 - Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Es sind Luftzufuhrregelsysteme für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Luftventil (14; 18), welches einen Durchströmungsquerschnitt zwischen einem Einlass (36) und einem Auslass (43) beherrscht, einem pneumatisch betätigten Aktor (38) zur Aktuierung des Luftventils (14; 18) mit einer ersten Membran (48), welche einen ersten Steuerdruckraum (32) von einem zweiten Steuerdruckraum (50) trennt und einer das Luftventil (14; 18) in Schließrichtung belastenden Druckfeder (42) und einem elektrischen Umschaltventil (24; 26), über welches der erste Steuerdruckraum (32) in einer ersten Stellung des Umschaltventils (24; 26) mit einem Überdruck beaufschlagt ist, bekannt. Um die Montage und Herstellung zu vereinfachen und weniger Schlauchleitungen zu benötigen und gleichzeitig mit nur einem Gebläse Luft als Sekundärluft und zur Otto-Partikelfilterregeneration zur Verfügung stellen zu können, wird vorgeschlagen, dass der erste Steuerdruckraum (32) in einer zweiten Stellung des Umschaltventils (24; 26) entlüftet ist und der zweite Steuerdruckraum (50) in beiden Stellungen des Umschaltventils (24; 26) mit dem Überdruck beaufschlagt ist, der in der ersten Stellung des Umschaltventils (24; 26) im ersten Steuerdruckraum (32) herrscht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Luftventil, welches einen Durchströmungsquerschnitt zwischen einem Einlass und einem Auslass beherrscht, einem pneumatisch betätigten Aktor zur Aktuierung des Luftventils mit einer ersten Membran, welche einen ersten Steuerdruckraum von einem zweiten Steuerdruckraum trennt und einer das Luftventil in Schließrichtung belastenden Druckfeder, und einem elektrischen Umschaltventil, über welches der erste Steuerdruckraum in einer ersten Stellung des Umschaltventils mit einem Überdruck beaufschlagt ist.
  • Derartige Luftzufuhrregelsysteme werden insbesondere bei der Sekundärlufteinblasung in den Abgastrakt eines Verbrennungsmotors zur Schadstoffreduzierung während der Kaltstartphase genutzt, wobei über das Ventilschließglied der von einem Sekundärluftgebläse zur Verfügung gestellte Sekundärluftstrom freigegeben oder abgesperrt werden kann. Ein Rückschlagventil verhindert ein Rückströmen von Abgas aus dem Abgasbereich zur Sekundärluftpumpe bei auftretenden Abgaspulsationen. Während der Kaltstartphase wird Sekundärluft dem fetten Gemisch, welches beim Kaltstart erforderlich ist, im Abgasstrang vor dem Katalysator zugeführt, wodurch eine Nachverbrennung stattfindet, welche neben der Reduzierung von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen auch zu einer schnelleren Aufheizung des Katalysators durch die entstehende Wärme führt.
  • Durch Gesetzesänderungen wird es zusätzlich notwendig, die Partikelemissionen eines Ottomotors zu reduzieren. Hierzu werden Otto-Partikelfilter eingesetzt, welche jedoch regelmäßig regeneriert werden müssen. Hierzu sind verschiedene Verfahren bekannt. Eine dieser Möglichkeiten ist die Sauerstoffkonzentration im Abgas auf über 7 % zu erhöhen, wodurch eine Nachverbrennung stattfinden kann. Hierzu ist es erforderlich, dem Abgas frischen Sauerstoff zuzuführen. Dies erfolgt ebenfalls über zusätzliche Gebläse, welche über ein Luftventil mit dem Abgasstrang verbunden werden.
  • Da die Sekundärluftgebläse lediglich beim Kaltstart genutzt werden, können diese Gebläse auch für die Otto-Partikelfilter-Regeneration verwendet werden, wenn eine ausreichende maximale Laufzeit der Gebläse sichergestellt wird, welche bei der Sekundärlufteinblasung lediglich etwa 30 Sekunden beträgt, während das Gebläse zur Regeneration der Partikelfilter auch beispielsweise etwa 5 Minuten funktionsfähig sein muss.
  • Für beide Anwendungen ist es erforderlich, Ventile vorzusehen, die einerseits im geschlossenen Zustand eine hohe Dichtigkeit aufweisen und andererseits ein Strömen des Abgases in Richtung des Gebläses zuverlässig verhindern. Insbsondere, wenn das Gebläse sowohl zur Otto-Partikelfilter-Regeneration als auch zur Sekundärlufteinblasung genutzt werden soll, ist es erforderlich, dass das den jeweils nicht genutzten Strang verschließende Ventil dicht ist, so dass nicht ungewollt Luft an einer falschen Position dem Abgasstrang zugeführt wird.
  • Es sind verschiedene zu diesem Zweck der Luftzufuhrregelung nutzbare abschaltbare Rückschlagventile bekannt geworden, welche entweder pneumatisch oder auch elektromagnetisch aktuiert werden. Insbesondere die pneumatisch betätigten Ventile sind dabei ohne größeren zusätzlichen Energieaufwand zu nutzen, da im Verbrennungsmotor sowohl Überdruck als auch Unterdruck zur Verfügung steht. Insbesondere ist es möglich, die Ventile über den vom Gebläse selbst erzeugten Druck zu betätigen, wobei die entsprechende Zuführung des Drucks in die jeweilige Betätigungskammer beispielsweise über ein elektrisch geschaltetes Umschaltventil erfolgt.
  • Ein solches abschaltbares Rückschlagventil ist beispielsweise aus der DE 102 02 031 A1 bekannt. Die Steuerkammer dieses Luftventils wird wahlweise über ein elektrisches Umschaltventil entweder mit Unterdruck aus dem Saugrohr des Verbrennungsmotors oder mit dem Gebläsedruck des Sekundärluftgebläses verbunden, während der andere Steuerraum kontinuierlich mit der Atmosphäre verbunden ist. Der Gebläsedruck, durch den eine Schließkraft des Luftventils verstärkt wird, steht jedoch nur bei laufendem Gebläse zur Verfügung und wird entsprechend lediglich während der On-Board-Diagnose genutzt, wenn der notwendige Druck zur Verfügung steht.
  • Problematisch ist, dass das Ventil über verschiedene Leitungen mit den entsprechenden Druckquellen, insbesondere dem Saugrohr verbunden werden muss. Zusätzlich sind die Öffnungskraft und die pneumatische Schließkraft nicht eindeutig definiert, da sie von den Luftschwankungen im Motor abhängig sind und der eine Steuerraum wechselnd mit den beiden Drücken beaufschlagt wird, so dass insbesondere bei einer Nutzung eines solchen Luftventils zur Sekundärlufteinblasung und Partikelfilterregeneration Probleme auftreten können.
  • Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Luftzufuhrregelsystem zu schaffen, welches mit möglichst geringem Aufwand hergestellt und montiert werden kann und im geschlossenen Zustand eine hohe Dichtigkeit aufweist, wobei eine definierte Kraft auf den Ventilkörper wirken soll. Entsprechend soll das Luftzufuhrregelsystem auch für ein kombiniertes System zur Partikelfilterregeneration und zur Sekundärlufteinblasung geeignet sein, wobei ein ungewolltes Einströmen von Luft in den jeweils nicht benutzten Zweig zuverlässig verhindert werden soll. Des Weiteren soll ein schnelles Schalten der Luftventile ermöglicht werden und das Luftzufuhrregelsystem soll möglichst wenig Bauraum benötigen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschnine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
  • Dadurch, dass der erste Steuerdruckraum in einer zweiten Stellung des Umschaltventils entlüftet ist und der zweite Steuerdruckraum in beiden Stellungen des Umschaltventils mit dem Überdruck beaufschlagt ist, der in der ersten Stellung des Umschaltventils im ersten Steuerdruckraum herrscht, ist es möglich, ausschließlich den Druck eines Aggregats zur Aktuierung des Luftventils zu nutzen, so dass weniger Anschlussleitungen erforderlich sind und diese kurz gehalten werden können, wodurch der Montage- und Herstellaufwand sinken. Des Weiteren wirkt bei geschlossenem Luftventil ausschließlich die Druckfederkraft auf das Schließglied, so dass eine definierte Kraft eingestellt werden kann.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der in die Steuerdruckräume des Aktors einleitbare Überdruck der Förderdruck eines Gebläses ist, welche mit dem Einlass des Luftventils fluidisch verbunden ist. Durch diese Ausführung können die benötigten Leitungslängen auf ein Minimum reduziert werden oder sogar das Umschaltventil bei entsprechender Ausführung des Luftventils direkt am Luftventil angeordnet werden.
  • Vorzugsweise weist das Luftventil eine mit der ersten Membran gekoppelte Ventilstange auf, an der ein Ventilschließglied befestigt ist, welches auf einen den Durchströmungsquerschnitt umgebenden ersten Ventilsitz zur Unterbrechung einer fluidischen Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass des Luftventils absenkbar und zur zumindest zeitweisen Freigabe der fluidischen Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass des Luftventils vom ersten Ventilsitz abhebbar ist, und ein Rückschlagventil auf, welches über eine Federkraft in Richtung eines zweiten Ventilsitzes belastet ist. Ein solches Ventil ist ein absperrbares Rückschlagventil, über welches einerseits ein Rückströmen in Richtung des Gebläses verhindert wird und andererseits eine Strömung zum Abgaskanal ermöglicht wird, wenn das Ventilschließglied sich in geöffneter Stellung befindet. Wenn sich das Ventilschließglied in geschlossener Stellung befindet, wird eine Strömung in beide Richtungen verhindert.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in der Ventilstange eine Bohrung ausgebildet, über die der zweite Steuerdruckraum stetig mit dem Einlass des Luftventils verbunden ist, so dass der Förderdruck des Gebläses immer auch im zweiten Steuerdruckraum herrscht. Entsprechend dient dieser Druck, ohne zusätzliche Leitungen montieren zu müssen direkt immer in Öffnungsrichtung des Ventilschließgliedes. Soll das Ventil dennoch schließen, wird der erste Steuerdruckraum mit einem entsprechenden Druck über das Umschaltventil belastet, so dass lediglich die Druckfeder wirkt, welche das Ventilschließglied stetig in Schließrichtung belastet.
  • Um auf einfache Weise ein Öffnen des Ventils zu gewährleisten, wird in der zweiten Stellung des Umschaltventils der erste Steuerdruckraum zur Entlüftung mit der Atmosphäre verbunden, so dass eine Druckdifferenz in Öffnungsrichtung zwischen den beiden Steuerdruckräumen herrscht, durch die lediglich die Federkraft der Druckfeder überwunden werden muss. Dies führt zu einer sehr einfachen Aktuierung des Ventils und Vereinfachung des Luftzufuhrregelsystems.
  • Dabei ist vorzugsweise die Druckfeder im ersten Steuerdruckraum angeordnet, welcher zwischen dem Ventilschließglied und dem zweiten Steuerdruckraum angeordnet ist, um die Schließkraft des Ventils zu erzeugen. Dabei kann die Feder so ausgelegt werden, dass auch bei der On-Board-Diagnose oder Öffnung des jeweils anderen Luftzufuhrstrangs eine ausreichende Schließkraft sichergestellt wird.
  • Vorteilhafterweise weist das Luftventil eine zweite Membran auf, über die der erste Steuerdruckraum vom Einlass des Luftventils getrennt ist, wodurch ein ungewollter Druckausgleich, der zum Schließen des Ventils führen könnte, im geöffneten Zustand des Ventils zuverlässig verhindert wird.
  • Vorzugsweise weisen das Luftventil und der Aktor ein Gehäuse auf, an dem ein erster und ein zweiter Anschlussstutzen ausgebildet sind, die über das elektrische Umschaltventil fluidisch miteinander verbindbar sind, wobei der erste Anschlussstutzen vom ersten Steuerdruckraum nach außen ragt und der zweite Anschlussstutzen vom Einlass nach außen ragt. Diese Anschlussstutzen können unmittelbar übereinander angeordnet werden, so dass die Verbindung über das Umschaltventil mit extrem kurzen Leitungen ausgeführt werden kann, wodurch der benötigte Bauraum sehr klein ist. Des weiteren wird die Montage deutlich vereinfacht.
  • Um die zweite Membran besonders einfach montieren zu können und dabei wenige Bauteile zu benötigen und dennoch eine sichere Abdichtung des Steuerdruckraums durch die Membran sicher zu stellen, ist die zweite Membran an ihrem Außenumfang zwischen dem Gehäuse und einem Ventilstangenführungselement eingespannt und an ihrem Innenumfang an der Ventilstange befestigt.
  • Eine besonders wirksame Abdichtung im geschlossenen Zustand des Ventils wird erzielt, wenn das Rückschlagventil eine Rückschlagplatte aufweist, die im auf dem ersten Ventilsitz aufliegenden Zustand des Ventilschließgliedes radial vom Ventilschließglied umgeben ist und durch ein zwischen dem Ventilschließglied und der Rückschlagplatte vorgespanntes Federelement in Richtung des zweiten Ventilsitzes belastet ist.
  • Dadurch, dass die Federkraft der Druckfeder größer ist als die Federkraft des Federelementes, wird sichergestellt, dass das Rückschlagventil ohne zu großen Widerstand geöffnet werden kann und dennoch hohe Schließkräfte auf das Ventilschließglied aufgebracht werden können.
  • Vorzugsweise ist das Luftventil in einer Leitung zwischen dem Gebläse und einem Abgasstrang angeordnet, so dass der Abgasstrang geregelt mit Luft versorgt werden kann, jedoch eine Abgasströmung in Richtung des Gebläses aufgrund von Abgaspulsationen zuverlässig verhindert werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung mündet die Leitung, die vom Auslass des Luftventils zum Abgasstrang führt, vor einem Otto-Partikelfilter in den Abgasstrang. Mit einer solchen Anordnung kann ausreichend Sauerstoff zur Regeneration des Otto-Partikelfilters unmmittelbar vor dem Filter zur verfügung gestellt werden.
  • In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform mündet die Leitung, die vom Auslass des Luftventils zum Abgasstrang führt, vor einem Katalysator in den Abgasstrang, wodurch dieser schneller aufheizt und eine Nachverbrennung während der Kaltstartphase durchgeführt werden kann, um Emissionen zu reduzieren.
  • In einer besonders bevorzugten Weiterbildung führen zwei Leitungen von dem Gebläse zum Abgasstrang, in denen je ein Luftventil angeordnet ist, wobei die erste Leitung, in der das erste Luftventil angeordnet ist, vor dem Katalysator in den Abgasstrang mündet und die zweite Leitung, in der das zweite Luftventil angeordnet ist, zwischen dem Katalysator und dem Otto-Partikelfilter in den Abgasstrang mündet. Durch diese Ausführung ist sowohl eine Reinigung des Partikelfilters als auch eine Sekundärlufteinblasung mit nur einem Gebläse möglich.
  • Es wird eine Luftzufuhrvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, welche ein System ermöglicht, mit dem sowohl eine Sekundärlufteinblasung als auch eine Regenerierung des Otto-Partikelfilters möglich ist, ohne hierfür zwei Gebläse verwenden zu müssen. Stattdessen werde in den Leitungen jeweils Ventile eingesetzt, die bei Durchströmung des jeweils anderen Luftstrangs eine zuverlässige Abdichtung des geschlossenen Luftstrangs sicherstellen. Hierfür werden lediglich wenige und kurze Leitungen benötigt und es kann auf zusätzliche Luftquellen verzichtet werden, da der gesamte notwendige Druck vom Gebläse selber zur Verfügung gestellt wird. Auch für eine On-Board-Diagnose können ausreichende Schließkräfte zur Verfügung gestellt werden. Das Luftzufuhrregelsystem ist zusätzlich aufgrund der wenigen notwendigen Zuleitungen und dem lediglich einen Gebläse einfach zu montieren und herzustellen.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Luftzufuhrregelsystems mit zugehörigem Ventil ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Luftzufuhrregelsystems.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht eines der Luftventile des erfindungsgemäßen Luftzufuhrregelsystems der 1 im geschlossenen Zustand in geschnittener Darstellung.
  • 3 zeigt eine Seitenansicht des Luftventils aus 2 im geöffneten Zustand in geschnittener Darstellung.
  • Das in 1 dargestellte Luftzufuhrregelsystem besteht aus einem Gebläse 10, welches über eine erste Leitung 12 mit einem ersten Luftventil 14 und über eine zweite Leitung 16 mit einem zweiten Luftventil 18 verbunden ist. Vom ersten Luftventil 14 führt die Leitung 12 weiter zu einem Abgasstrang 19 einer Verbrennungskraftmaschine. Die erste Leitung 12 mündet vor einem Katalysator 20 in den Abgasstrang 19, so dass das erste Luftventil 14 als Sekundärluftventil dient. Die zweite Leitung 16 mündet unmittelbar stromaufwärts eines Otto-Partikelfilters 22 in den Abgasstrang 19 und dient zur Zuführung von Luft zur Regeneration des Partikelfilters 22. Während das erste Luftventil 14 zur Regelung der Zuführung der Sekundärluft beim Kaltstart des Verbrennungsmotors dient, dient das zweite Luftventil 18 nach der Warmlaufphase dazu, die Luftzufuhr zu regeln, die notwendig ist, um Sauerstoff für eine Nachverbrennung im Abgasstrang zur Verfügung zu stellen, um Partikel, die sich im Partikelfilter 22 angesammelt haben, abzubrennen und so den Partikelfilter 22 zu reinigen. Entsprechend ist im üblichen Betrieb immer höchstens eines der Luftventile 14, 18 geöffnet, während das andere geschlossen ist. Dabei ist es wichtig, dass das Ventil 14, 18, welches sich im geschlossenen Zustand befindet auch möglichst dicht schließt, um die Luft nur in den Bereich des Abgasstranges 19 zu leiten, in dem sie benötigt wird.
  • Des Weiteren weist das Luftregelsystem zwei elektromagnetische Umschaltventile 24, 26 auf, wovon jedes einem der Luftventile 14, 18 zugeordnet ist. Die Umschaltventile 24, 26 weisen einen Auslass 28 zur Atmosphäre auf sowie einen Anschluss 30, der mit einem Steuerdruckraum 32 der pneumatisch betätgbaren Luftventile 14, 18 verbunden ist. Der dritte Anschluss 34 ist mit einem Einlass 36 des Luftventils 14, 18 verbunden, so dass an diesem Anschluss 34 immer der Förderdruck des Gebläses 10 anliegt. Durch Schalten des Umschaltventils 24, 26 wird entweder eine Verbindung zwischen dem Steuerdruckraum 32 und dem Einlass 36 des Luftventils 14, 18 oder zwischen dem Steuerdruckraum 32 und der Atmosphäre hergestellt.
  • Der Steuerdruckraum 32 befindet sich in einem pneumatsichen Aktor 38, der, wie die gesamten Luftventile 14, 18, in den 2 und 3 dargestellt ist. Das Luftventil 14, 18 weist ein Gehäuse 40 auf, welches aktorseitig eine Auflagefläche für eine Druckfeder 42 aufweist und gleichzeitig ein Strömungsgehäuse des Luftventils bildet, an dem der Einlass 36 und ein Auslass 43 ausgebildet sind. Aktorseitig wird das Gehäuse 40 durch einen Deckel 44 verschlossen, wobei zwischen dem Deckel 44 und einem ringförmigen Rand 46 des Gehäuses 40 eine erste Membran 48 an ihrem Außenumfang eingeklemmt ist. Hierdurch wird zwischen dem Deckel 44 und der ersten Membran 48 ein zweiter Steuerdruckraum 50 abgetrennt, der durch die erste Membran vom ersten Steuerdruckraum 32 getrennt ist, in dem auch die Druckfeder 42 angeordnet ist. Der Innenumfang der ersten Membran 48 ist an einen Ventilstangenträger 52 angespritzt, an welchem eine Ventilstange 54 befestigt ist und der als zweite Auflagefläche für das entgegengesetzte Ende der Druckfeder 42 dient, über welche die Ventilstange 54 in Richtung des Deckels 44 belastet ist.
  • Am zum Aktor 38 entgegengesetzten Ende der Ventilstange 54 ist ein Ventilschließglied 56 befestigt, welches mit einem ersten Ventilsitz 58 zusammenwirkt, der an einer Ventilplatte 60 ausgebildet ist, welche im Gehäuse 40 befestigt ist und Durchströmungsquerschnitte aufweist, über die der Einlass 36 mit dem Auslass 43 durch Abheben des Ventilschließgliedes 56 vom ersten Ventilsitz 58 verbindbar ist. An der Ventilplatte 60 ist zusätzlich ein zweiter, konzentrisch innerhalb des ersten Ventilsitzes 58 angeordneter zweiter Ventilsitz 62 ausgebildet, der mit einem Rückschlagventil 64 zusammenwirkt. Dieses besteht aus einer Rückschlagplatte 66, welche über ein Federelement 68 in Richtung des zweiten Ventilsitzes 62 belastet wird und auf der Ventilstange 54 gelagert ist. Dieses Federelement 68 stützt sich mit seinem gegenüberliegenden axialen Ende am Ventilschließglied 56 ab und ist radial ebenso wie die Rückschlagplatte 66 im den Durchströmungsquerschnitt verschließenden Zustand des Ventilschließgliedes 56 von diesem umgeben.
  • Der erste Steuerdruckraum 32 ist zur bezüglich der ersten Membran 48 gegenüberliegenden axialen Seite durch eine zweite Membran 70 zum Einlass 36 hin abgedichtet. Diese zweite Membran 70 ist mit ihrem Innenumfang an der Ventilstange 54 befestigt und mit ihrem Außenumfang zwischen dem Gehäuse 40 und einem Ventilstangenführungselement 72 eingeklemmt.
  • Zwischen der zweiten Membran 70 und der Ventilplatte 60 ist in der Ventilstange 54 eine Bohrung 74 ausgebildet, die sich vom Einlass 36 bis in den zweiten Steuerdruckraum 50 ersteckt, so dass in diesem immer der jeweilige am Einlass 36 herrschende Druck, welcher dem Förderdruck des Gebläses 10 entspricht, anliegt.
  • Um das Luftventil 14, 18 steuern zu können, sind am Gehäuse zwei Anschlussstutzen 76, 78 angeordnet, wovon sich der erste Anschlussstutzen 76 durch eine Bohrung des Gehäuses in den ersten Steuerdruckraum 32 erstreckt und der zweite Anschlussstutzen 78 durch das Gehäuse 40 zum Einlass 36 des Luftventils 14, 18 erstreckt. Beide Anschlussstutzen 76, 78 sind dabei unmittelbar übereinander angeordnet, damit eine folgende Schlauchverbindung möglichst kurz ausgeführt werden kann. Entsprechend dient der erste Anschlussstutzen 76 als Anschluss 30 zum Umschaltventil 24, 26 und der zweite Anschlussstutzen 78 als Anschluss 34 zum Umschaltventil 24, 26.
  • Wird nun das Gebläse 10 beim Kaltstart eingeschaltet um Sekundärluft in den Abgasstrang 19 vor den Katalysator 20 zu leiten, wird das Umschaltventil 24 so geschaltet, dass der erste Steuerdruckraum 32 entlüftet wird und somit der Anschluss 30 mit dem Auslass 28 des Umschaltventils 24 verbunden wird. Dies führt dazu, dass im zweiten Steuerdruckraum 50 ein höherer Druck herrscht als im ersten Steuerdruckraum 32. Die hierdurch erzeugte Kraft übersteigt auch die Federkraft der Druckfeder 42, so dass das Ventilschließglied 56 vom Ventilsitz 58 abgehoben wird. Bei einem Druckgefälle in Richtung des Abgasstrangs 19 wird entsprechend Luft aus dem Gebläse 10 über das Luftventil 14 in den Abgasstrang 19 gefördert. Sobald von der Motorsteuerung das Signal kommt, dass die Sekundärluft abgeschaltet werden soll, wird das Umschaltventil 24 geschaltet, wodurch eine Verbindung zwischen dem Einlass 36 über den Anschluss 34 und dem ersten Steuerdruckraum 32 über den Anschluss 30 hergestellt wird. Dies führt zu einem Kraftausgleich der pneumatischen Kräfte in den beiden Steuerdruckräumen 32, 50, so dass das Ventilschließglied 56 durch die Kraft der Druckfeder 42 auf den ersten Ventlsitz 58 gedrückt wird.
  • Soll nun im Folgenden eine Partikelfilterregeneration stattfinden, wird in gleicher Weise das zweite Luftventil 18 über das zweite Umschaltventil 26 geregelt. Durch Abstimmung der Federkraft der Druckfeder 42 kann auch sichergestellt werden, dass das jeweils geschlossene Luftventil 14, 18 nicht ungewollt öffnet. Auch eine On-Board-Diagnose zur Sicherstellung der Dichtigkeit der beiden Luftventile 14, 18 kann so sicher durchgeführt werden.
  • Es wird somit ein Luftzufuhrregelsystem geschaffen, welches lediglich wenige und kurze Verbindungsleitungen benötigt, wodurch der Aufbau und die Montage deutlich vereinfacht wird. Zusätzlich wird nur ein Gebläse für beide Funktionen der Luftzufuhr, nämlich der Sekundärluftzuführung und der Partikelfilterregeneration, benötigt. Dabei wird gleichzeitig zur korrekten Funktion beider Luftventile ein zuverlässiger Verschluss hergestellt, wenn das jeweils andere Luftventil geschlossen ist oder eine On-Board-Diagnose durchgeführt werden soll.
  • Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So sind selbstverständlich Änderungen bezüglich des Aufbaus der verschiedenen Teile der Ventilvorrichtung wie dem Gehäuse oder der Anordnung der Ventilteile zueinander denkbar. Auch kann die Zuführung der Drücke in die Steuerdruckräume anders ausgeführt werden. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Luftzufuhrsystem auch nur mit einem Luftventil ausgeführt werden, wenn lediglich eine der Funktionen der Sekundärluftzuführung oder der Partikelfilterregeneration erforderlich ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10202031 A1 [0007]

Claims (15)

  1. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Luftventil (14; 18), welches einen Durchströmungsquerschnitt zwischen einem Einlass (36) und einem Auslass (43) beherrscht, einem pneumatisch betätigten Aktor (38) zur Aktuierung des Luftventils (14; 18) mit einer ersten Membran (48), welche einen ersten Steuerdruckraum (32) von einem zweiten Steuerdruckraum (50) trennt und einer das Luftventil (14; 18) in Schließrichtung belastenden Druckfeder (42), und einem elektrischen Umschaltventil (24; 26), über welches der erste Steuerdruckraum (32) in einer ersten Stellung des Umschaltventils (24; 26) mit einem Überdruck beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerdruckraum (32) in einer zweiten Stellung des Umschaltventils (24; 26) entlüftet ist und der zweite Steuerdruckraum (50) in beiden Stellungen des Umschaltventils (24; 26) mit dem Überdruck beaufschlagt ist, der in der ersten Stellung des Umschaltventils (24; 26) im ersten Steuerdruckraum (32) herrscht.
  2. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in die Steuerdruckräume (32, 50) des Aktors (38) einleitbare Überdruck der Förderdruck eines Gebläses (10) ist, welche mit dem Einlass (36) des Luftventils (14; 18) fluidisch verbunden ist.
  3. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftventil (14; 18) eine mit der ersten Membran (48) gekoppelte Ventilstange (54), an der ein Ventilschließglied (56) befestigt ist, welches auf einen den Durchströmungsquerschnitt umgebenden ersten Ventilsitz (58) zur Unterbrechung einer fluidischen Verbindung zwischen dem Einlass (36) und dem Auslass (43) des Luftventils (14; 18) absenkbar und zur zumindest zeitweisen Freigabe der fluidischen Verbindung zwischen dem Einlass (36) und dem Auslass (43) des Luftventils (14; 18) vom ersten Ventilsitz (58) abhebbar ist, und ein Rückschlagventil (64) aufweist, welches über eine Federkraft in Richtung eines zweiten Ventilsitzes (62) belastet ist.
  4. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ventilstange (54) eine Bohrung (74) ausgebildet ist, über die der zweite Steuerdruckraum (50) stetig mit dem Einlass (36) des Luftventils (14; 18) verbunden ist.
  5. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stellung des Umschaltventils (24; 26) der erste Steuerdruckraum (32) zur Entlüftung mit der Atmosphäre verbunden ist.
  6. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (42) im ersten Steuerdruckraum (32) angeordnet ist, welcher zwischen dem Ventilschließglied (56) und dem zweiten Steuerdruckraum (50) angeordnet ist.
  7. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftventil (14; 18) eine zweite Membran (70) aufweist, über die der erste Steuerdruckraum (32) vom Einlass (36) des Luftventils (14; 18) getrennt ist.
  8. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftventil (14; 18) und der Aktor (38) ein Gehäuse (40) aufweisen, an dem ein erster Anschlussstutzen (76) und ein zweiter Anschlussstutzen (78) ausgebildet sind, die über das elektrische Umschaltventil (24; 26) fluidisch miteinander verbindbar sind, wobei der erste Anschlussstutzen (76) vom ersten Steuerdruckraum (32) nach außen ragt und der zweite Anschlussstutzen (78) vom Einlass (36) nach außen ragt.
  9. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Membran (70) an ihrem Außenumfang zwischen dem Gehäuse (40) und einem Ventilstangenführungselement (72) eingespannt ist und an ihrem Innenumfang an der Ventilstange (54) befestigt ist.
  10. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (64) eine Rückschlagplatte (66) aufweist, die im auf dem ersten Ventilsitz (58) aufliegenden Zustand des Ventilschließgliedes (56) radial vom Ventilschließglied (56) umgeben ist und durch ein zwischen dem Ventilschließglied (56) und der Rückschlagplatte (66) vorgespanntes Federelement (68) in Richtung des zweiten Ventilsitzes (62) belastet ist.
  11. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Druckfeder (42) größer ist als die Federkraft des Federelementes (68).
  12. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftventil (14; 18) in einer Leitung zwischen dem Gebläse (10) und einem Abgasstrang (19) angeordnet ist.
  13. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung (16), die vom Auslass (43) des Luftventils (18) zum Abgasstrang (19) führt, vor einem Otto-Partikelfilter (22) in den Abgasstrang (19) mündet.
  14. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung (12), die vom Auslass (43) des Luftventils (14) zum Abgasstrang (19) führt, vor einem Katalysator (20) in den Abgasstrang (19) mündet.
  15. Luftzufuhrregelsystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Leitungen (12, 16) von dem Gebläse (10) zum Abgasstrang (19) führen, in denen je ein Luftventil (14, 18) angeordnet ist, wobei die erste Leitung (12), in der das erste Luftventil (14) angeordnet ist, vor dem Katalysator (20) in den Abgasstrang (19) mündet und die zweite Leitung (16), in der das zweite Luftventil (18) angeordnet ist, zwischen dem Katalysator (20) und dem Otto-Partikelfilter (22) in den Abgasstrang (19) mündet.
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