DE10202031B4

DE10202031B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Verstärkung der Dichtigkeit eines Ventilsitzes eines Sekundärluftventils einer Sekundärluftzuführeinheit

Info

Publication number: DE10202031B4
Application number: DE10202031A
Authority: DE
Inventors: Gunther Weitkamp; Martin Kloda
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2022-01-19
Also published as: DE10202031A1

Abstract

Verfahren zur Verstärkung der Dichtigkeit eines Ventilsitzes eines Sekundärluftventils einer Sekundärluftzuführeinheit einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere während der On Board Diagnose in der Sekundärluftphase, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerraum (13) eines Ventilschließglieds (18) des Sekundärluftventils (6) mit Überdruck beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung der Dichtigkeit eines Ventilsitzes eines Sekundärluftventils einer Sekundärluftzuführeinheit einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere während der Onboard-Diagnose in der Sekundärluftphase sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Derartige Sekundärluftzuführeinheiten sind hinlänglich bekannt. Sie dienen dazu, unverbrauchte Brennstoffanteile in der Kaltstartphase durch Einblasung von Frischluft ins Abgas nach zu oxidieren, das Anspringverhalten eines Katalysators zu verbessern und auf diese Weise den Schadstoffausstoß zu minimieren. Die Onboard-Diagnose, die u. a. die Überprüfung der Dichtigkeit des Ventilsitzes des Sekundärluftventils zur Aufgabe hat, wurde bisher in Phasen einer klar definierten Motorbelastung durchgeführt. Die Onboard-Diagnose fand dementsprechend bisher immer bei warmem Motor statt, also nach der Sekundärluftphase. In Zukunft wird es jedoch gefordert, daß die Onboard-Diagnose auch direkt nach dem Kaltstart also während der Sekundärluftphase zuverlässige Werte liefert.
So wird in der DE 199 52 836 C1 ein Verfahren zur Überwachung eines Sekundärluftsystems beschrieben, bei dem die Funktionsfähigkeit des Systems anhand eines rechnerisch ermittelten Sekundärluftstroms ermittelt wird. Eine Dichtigkeitserhöhung des Ventils wird nicht beschrieben.
Des Weiteren ist aus der DE 198 33 148 A1 ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines druckbeaufschlagten Stellelementes eines Bypassventils eines Turboladers bekannt, bei dem dem Stellelement als Stelldruck ein Diagnosedruck zugeführt wird und ein Fehlersignal erzeugt wird, falls der sich einstellende Ansaugdruck von einem Sollwert abweicht. Ein Sekundärluftsystem wird nicht beschrieben.
Als Sekundärluftventile werden üblicherweise unterdruckgesteuerte, abschaltbare Rückschlagventile verwendet. Während der Sekundärluftphase wird ein Steuerraum dieser Sekundärluftventile über ein Umschaltventil in Stellung (1) mit dem Unterdruck einer Ansaugrohrleitung der Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt. Der auf ein Ventilschließglied des Sekundärluftventils wirkende Überdruck einer Sekundärluftpumpe und der im Steuerraum entstehende Unterdruck überwinden die Kraft einer Membranrückstellfeder, so dass das Ventilschließglied vom Ventilsitz gehoben wird und somit das Ventil öffnet. Wird nun während der Sekundärluftphase die Onboard-Diagnose durchgeführt, muß das Ventilschließglied gegen den Ventilsitz gepresst werden, d. h., dass das Umschaltventil nun in Stellung (2) schaltet, also so, dass der Unterdruck aus dem Ansaugrohr der Verbrennungskraftmaschine nicht mehr im Steuerraum des Sekundärluftventils anliegt. In dieser Phase wirken nur noch die Schließkraft der Membranfeder, der Sekundärluftpumpenüberdruck und der Druck eines pulsierenden Abgasstroms auf das Ventilschließglied. In Phasen eines abgasseitigen Unterdrucks und eines anliegenden Überdrucks der Sekundärluftpumpe kann die Rückstellkraft der Membranfeder zu gering sein, so dass Leckagen zwischen Ventilschließglied und Ventilsitz entstehen. Dies führt zu einem negativen Ergebnis der durchgeführten Onboard-Diagnose, wobei eine Aussage zur Dichtigkeit des Ventilsitzes bei anliegendem Sekundärluftpumpendruck nicht korrekt ist, da der Zustand bei geschlossenem Ventilschließglied und laufender Sekundärluftpumpe im Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine nicht existiert.
Um dennoch eine Aussage zur Dichtigkeit des Ventilsitzes machen zu können, muß die Schließkraft des Sekundärluftventils erhöht werden. Möglichkeiten wie die Verstärkung der Membranfeder, eine Vergrößerung des Membrandurchmessers oder eine Verringerung der Ventilsitzgröße würden dazu führen, dass die Bauform des Sekundärluftventils geändert und somit die vorhandene Fertigung umgestellt werden müßte, was zu hohen Folgekosten führen würde.
Ferner würden diese Änderungen der Forderung nach geringen notwendigen Steuerdrücken zur Funktionsöffnung des Sekundärluftventils entgegenstehen.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Rückstellkraft eines Sekundärluftventils bei laufender Sekundärluftpumpe insbesondere während der Onboard-Diagnose zu erhöhen, ohne dabei die Bauform des Sekundärluftventils verändern zu müssen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Steuerraum bei Stellung 2 eines Umschaltventils mit einem Überdruck beaufschlagt wird, wodurch die Schließkraft des Sekundärluftventils verstärkt wird. Daraus folgend kann eine Membranfeder mit geringerer Rückstellkraft zum Einsatz kommen. Dies hat den Vorteil, dass mit geringen notwendigen Steuerdrücken zur Funktionsöffnung des Sekundärluftventils gearbeitet werden kann und somit das Ventil mit hoher Geschwindigkeit und geringer Verzögerungszeit öffnen kann. Das Sekundärluftventil bleibt dennoch trotz der Pulsationen im Abgasstrang, die zu einem Unterdruck am Ventilschließglied führen können, auch bei laufender Sekundärluftpumpe geschlossen. Zur Bereitstellung des notwendigen Überdrucks für den Steuerraum des Sekundärluftventils wird ein Anschluß des Umschaltventils mit einer Überdruckleitung zwischen Sekundärluftpumpe und Sekundärluftventil verbunden. Dadurch wird bei Stellung (2) des Umschaltventils der Überdruck der Sekundärluftpumpe direkt in den Steuerraum des Sekundärluftventils gegeben. Da dieser Druck gleich dem auf das Ventilschließglied wirkenden Überdrucks der Sekundärluftpumpe ist, kompensiert er in etwa dessen Wirkung, so dass die Messung der Leckage während der Onboard-Diagnose in etwa einen realen Zustand widerspiegelt, also den Zustand bei nicht laufender Sekundärluftpumpe und somit den Zustand bei üblicherweise geschlossenem Ventil.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigt:
1 einen schematischen Funktionsplan eines Sekundärluftsystems, und
2 eine Schnittansicht eines Sekundärluftventils in Seitenansicht.
1 zeigt den Funktionsplan eines Sekundärluftsystems bestehend aus einem Steuergerät 1, welches Meßwerte wie Last, Drehzahl und Temperatur einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) und Lambdasignal verarbeitet und daraus resultierend eine Sekundärluftpumpe 2 und ein Umschaltventil 3 steuert. Die Sekundärluftpumpe 2, zumeist ausgebildet als Radialpumpe, saugt Luft über einen Luftfilter 4 an und drückt diese zum fluidisch verbundenen Einlaßstutzen 5 eines Sekundärluftventils 6.
2 zeigt eine Schnittansicht dieses Sekundärluftventils 6 mit einer Membrane 7, deren äußerer Rand 8 zwischen einem Gehäuseflansch 9 eines Gehäuses 10 und einem Deckelflansch 11 eines Deckels 12 eingespannt ist. Auf diese Weise wird ein Steuerraum 13 zwischen der Membran 7 und dem Gehäuse 10 gebildet. Der zwischen der Membran 7 und dem Deckel 12 entstehende Raum 14 ist, über eine Öffnung 15 mit der Atmosphäre verbunden, so dass in diesem Raum 14 Atmosphärendruck herrscht. Über den Einlaßstutzen 5, der Teil des Gehäuses 10 ist, wird Sekundärluft zum Auslaßstutzen 16 geführt, der wiederum fluidisch mit einem Abgasstrang 17 verbunden ist. Dabei kann die Verbindung zwischen Einlaßstutzen 5 und Auslaßstutzen 16 auf bekannte Weise durch ein Ventilschließglied 18, dass mit der Membrane 7 verbunden ist, verschlossen werden. Des Weiteren ist zwischen dem Ventilschließglied 18 und dem Gehäuse 10 eine Feder 19 angeordnet, die das Ventilschließglied 18 in Schließrichtung verspannt.
Des Weiteren ist der Steuerraum 13 über einen Steuerdruckanschlußstutzen 20 des Sekundärluftventils 6 und über einen Anschlußstutzen 21 des Umschaltventils 3 mit diesem verbunden. Je nach Schaltung des Umschaltventils 3 herrscht im Steuerraum 13 des Sekundärluftventils 6 bei Stellung (1) des Umschaltventils 3 der am Anschlußstutzen 22 oder bei Stellung (2) am Anschlußstutzen 23 des Umschaltventils 3 anliegende Druck. Dabei ist der Anschlußstutzen 22 mit der Saugrohrleitung 24 der Verbrennungskraftmaschine verbunden und gibt somit den dort herrschenden Saugrohrunterdruck bei Stellung (1) des Umschaltventils 3 an den Steuerraum 13 des Sekundärluftventils 6 weiter. Durch eine zusätzliche Verbindungsleitung 25 zwischen der Verbindungsleitung 26 zwischen Sekundärluftpumpe 2 und dem Sekundärluftventil 6 und dem Anschlußstutzen 23 des Umschaltventils 3 kann der Steuerraum 13 des Sekundärluftventils 6 bei Stellung (2) des Umschaltventils 3 mit dem in der Verbindungsleitung 26 herrschenden Druck beaufschlagt werden. Das bedeutet, dass bei Stellung (2) des Umschaltventil 3 entweder bei laufender Sekundärluftpumpe 2 im Steuerraum 13 der durch die Sekundärluftpumpe 2 entstehende Überdruck anliegt oder aber bei ausgeschalteter Sekundärluftpumpe im Steuerraum 13 Atmosphärendruck anliegt. Die Ansaugrohrleitung 24 ist über eine Drosselklappe 27 mit dem Luftfilter 3 verbunden und führt zum Einlaßventil 28 der Verbrennungskraftmaschine. Von hier aus verläßt die Luft nach dem Verbrennungsvorgang über ein Auslaßventil 29 und den Abgasstrang 16 sowie einen Katalysator 30 die Verbrennungskraftmaschine.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens besteht die Möglichkeit, die Dichtigkeit des Sekundärluftventils während der Sekundärluftphase insbesondere bei der Onboard-Diagnose zuverlässig durchzuführen, ohne aufwendige bauänderliche Maßnahmen in der Sekundärlufteinheitsschaltung oder am Sekundärluftventil durchführen zu müssen.

Claims

Verfahren zur Verstärkung der Dichtigkeit eines Ventilsitzes eines Sekundärluftventils einer Sekundärluftzuführeinheit einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere während der On Board Diagnose in der Sekundärluftphase, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerraum (13) eines Ventilschließglieds (18) des Sekundärluftventils (6) mit Überdruck beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft des Sekundärluftventils (6) durch den auf eine den Steuerraum (13) begrenzende Membran (7) des Sekundärluftventils (6) wirkenden Überdruck verstärkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verstärkung der Schließkraft des Sekundärluftventils (6) eine Membranfeder (19) mit geringerer Kraft zum Einsatz kommen kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die notwendigen Steuerdrücke zur Funktionsöffnung des Sekundärluftventils (6) gering sind und somit das Ventil schnell öffnen kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft des Sekundärluftventils (6) auch bei durch Pulsationen in einem Abgasstrang (17) an dem Ventilschließglied (18) des Ventils entstehendem Unterdruck ausreichend groß ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die zumindest eine Sekundärluftpumpe, ein Umschaltventil, das Sekundärluftventil, ein Steuergerät, einen Ansaugstrang und den Abgasstrang aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (13) des Sekundärluftventils (6) über eine zusätzliche Leitung (25) zwischen einem Anschlusssutzen (23) des Umschaltventils (3) und einer Verbindungsleitung (26) zwischen der Sekundärluftpumpe (2) und dem Sekundärluftventil (6) mit Überdruck beaufschlagt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärluftventil (6) die den Steuerraum (13) zur Ventilsteuerung, der über einen Steuerdruckanschlussstutzen (20) mit dem Umschaltventil (3) verbunden ist, begrenzende Membran (7) und die Membranfeder (19) aufweist, die das Ventilschließglied (18) in Schließrichtung vorspannt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der anstehende Überdruck im Steuerraum (13) des Sekundärluftventils (6) den auf das Ventilschließglied (18) des Sekundärluftventils (6) wirkenden Überdruck der Sekundärluftpumpe (2) annähernd kompensiert.