DE19931101A1 - Vorrichtung zur Zuführung von Frischluft zum Abgasstrom einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von Frischluft zum Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einer den Frischluft-Strom fördernden Sekundärluftpumpe, deren Ausgang unter Zwischenschaltung eines Sekundärluftventils mit der Brennkraftmaschinen-Abgasanlage verbunden ist, wobei das in seiner Schließposition vorgespannte Sekundärluftventil durch Anlegen von Unterdruck in seine Offenposition umschaltbar ist und wobei dieser Unterdruck von einer Unterdruckquelle bereitgestellt wird und über ein Schaltventil gesteuert an das Sekundärluftventil anlegbar ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das Schaltventil als pneumatisches Schaltventil ausgebildet, das mittels eines Federelementes in Schließposition gehalten ist und durch Anlegen von Überdruck in einer Steuerkammer des Schaltventils geöffnet wird, wobei dieser Überdruck von der in Betrieb gesetzten Sekundärluftpumpe bereitgestellt wird. Die Steuerkammer des Schaltventils wird von einer Membran begrenzt, in der eine den Ventilkörper des Schaltventils tragende Betätigungsstange eingehängt ist. Die zum Sekundärluftventil führende Austrittsöffnung des Schaltventils wird über den Ventilkörper entweder mit der Unterdruckquelle oder mit der Umgebung verbunden, wobei die letztgenannte Verbindung über die hohl ausgebildete Betätigungsstange erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von Frischluft zum Ab­ gasstrom einer Brennkraftmaschine mit einer den Frischluft-Strom fördern­ den Sekundärluftpumpe, deren Ausgang unter Zwischenschaltung eines Se­ kundärluftventiles mit der Brennkraftmaschinen-Abgasanlage verbunden ist, wobei das in seiner Schließposition vorgespannte Sekundärluftventil durch Anlegen von Unterdruck in seine Offenposition umschaltbar ist und wobei dieser Unterdruck von einer Unterdruckquelle bereitgestellt wird und über ein Schaltventil gesteuert an das Sekundärluftventil anlegbar ist. Zum techni­ schen Umfeld wird beispielshalber auf die DE 28 00 190 B2 verwiesen.

Mit einer derartigen Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 können bekanntermaßen die Abgasemissionen einer Brennkraftmaschine zumindest in gewissen Betriebsbereichen verbessert werden, da in der Brennkraftmaschinen-Abgasanlage mit der mittels der Sekundärluftpumpe zugeführten Frischluft eine Nachverbrennung des Abgases bzw. eine Ver­ brennung unverbrannter Abgasbestandteile erfolgen kann. Das genannte Sekundärluftventil dient dabei dazu, die Zuführung des von der Sekundär­ luftpumpe geförderten Frischluftstromes zum Abgasstrom der Brennkraftma­ schine zu steuern bzw. in denjenigen Betriebszuständen, in denen keine Beimengung von Frischluft zum Brennkraftmaschinen-Abgasstrom erfolgen soll, ein quasi Zurück-Strömen von Brennkraftmaschinen-Abgas zur Sekun­ därluftpumpe hin zu verhindern. Dabei ist der Ventilkörper des Sekundärluft­ ventiles unterdruckbetätigt, d. h. in einer üblichen Ausführungsform eines Se­ kundärluftventiles wird dessen Ventilkörper durch ein Federelement in seiner geschlossenen Position gehalten und durch Beaufschlagen einer im Sekun­ därluftventil vorgesehenen Ventilkammer, welche von einer auf den Ventil­ körper einwirkenden Membran begrenzt wird, mit Unterdruck geöffnet.

Bereitgestellt wird der hierfür benötigte Unterdruck von einer geeigneten sog. Unterdruckquelle, bspw. in Form eines Unterdruckspeichers, der aus dem Ansaugsystem einer quantitätsgesteuerten, gedrosselten Brennkraftmaschi­ ne abgeleitet wird, oder auch von einer separaten Unterdruckpumpe. Ob nun in einem bestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine das Sekun­ därluftventil mit Unterdruck beaufschlagt und somit geöffnet wird, wird im bekannten Stand der Technik von einem elektrischen Schaltventil bestimmt, das von einer elektronischen Steuereinheit, die auch andere Funktionen der Brennkraftmaschine überwacht und steuert, geeignet angesteuert wird. Da­ bei gibt die elektronische Steuereinheit zunächst ein Startsignal an die Se­ kundärluftpumpe, wodurch diese in Gang gesetzt wird, so daß mit der dar­ auffolgenden Öffnung des Sekundärluftventiles sofort ein Frischluftstrom in die Abgasanlage gefördert wird. Nach Inbetriebnahme der Sekundärluftpum­ pe betätigt die elektronische Steuereinheit das (zuvor geschlossene) elektri­ sche Schaltventil bzw. veranlaßt dessen Öffnung, so daß der daraufhin sei­ tens der Unterdruckquelle am Sekundärluftventil anliegende Unterdruck des­ sen Öffnung bewirkt.

Aus dieser Schilderung wird ersichtlich, daß eine einwandfreie Funktion der Sekundärluftpumpe erforderlich ist, falls diesbezüglich keine separate Über­ prüfung erfolgt. Kann nämlich die Sekundärluftpumpe aufgrund irgendeines - wenn auch nur geringen - technischen Defektes nicht anlaufen, d. h. keinen Frischluftstrom fördern, so würde - ohne daß dieser Defekt erkannt wird - dennoch das Sekundärluftventil geöffnet werden, wodurch nun heißes Abgas aus der Brennkraftmaschinen-Abgasanlage zur Sekundärluftpumpe gelan­ gen kann. Durch dieses heiße Abgas könnte aber die Sekundärluftpumpe ernsthaft geschädigt werden. Zwar kann zur Abhilfe dieses Problemes die Funktion der Sekundärluftpumpe überwacht werden, bspw. so wie dies in der DE 41 20 891 A1 gezeigt ist, jedoch ist eine derartige Überwachung re­ lativ aufwendig.

Eine einfache Abhilfemaßnahme für diese soeben geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil als pneumatisches Schaltventil ausgebildet ist, das mittels eines Federele­ mentes in Schließposition gehalten ist und durch Anlegen von Überdruck in einer Steuerkammer des Schaltventiles geöffnet wird, wobei dieser Über­ druck von der in Betrieb gesetzten Sekundärluftpumpe bereitgestellt wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird das bislang elektrische Schaltventil, das das Anlegen des Unterdruckes an das Sekundärluftventil steuert, durch ein pneumati­ sches Schaltventil ersetzt. Dieses pneumatische Schaltventil wird dabei von der Sekundärluftpumpe betätigt, d. h. dieses Schaltventil kann nur dann öff­ nen, wenn die Sekundärluftpumpe bereits einen ausreichenden Förderdruck bereitstellt. Somit ist auf einfache Weise sichergestellt, daß das Sekundär­ luftventil nur dann öffnet, wenn die Sekundärluftpumpe erfolgreich in Betrieb genommen wurde.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispieles, wobei in der beigefügten einzigen Figur ein derartiges pneumati­ sches Schaltventil im Schnitt gezeigt und in einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, die in ihrer Gesamtheit lediglich abstrahiert dargestellt ist, integriert ist. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.

Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Ausschnitt aus der Abgasanlage einer Brenn­ kraftmaschine bezeichnet, in die über eine Zuleitung 2 ein von einer Sekun­ därluftpumpe 3 geförderter Frischluftstrom einleitbar ist: Die Zuleitung 2 ist demzufolge mit der Förderseite der Sekundärluftpumpe 3 verbunden, wobei in dieser Zuleitung 2 ein sog. Sekundärluftventil 4 vorgesehen ist, das diese Verbindung entweder freigibt oder unterbricht. Dieses figürlich nicht näher dargestellte (und an sich übliche) Sekundärluftventil 4 wird durch ein Feder­ element in seiner Schließposition gehalten (d. h. es ist in Schließposition vor­ gespannt) und kann durch Anlegen von Unterdruck in seine Offenposition umgeschaltet werden, in der ein Durchgang möglich und somit die Verbin­ dung zwischen der Sekundärluftpumpe 3 und der Abgasanlage 1 hergestellt ist.

Der zum Freischalten des Sekundärluftventiles 4 benötigte Unterdruck wird von einer (ebenfalls lediglich abstrakt dargestellten) Unterdruckquelle 5 be­ reitgestellt. Bei dieser Unterdruckquelle 5 kann es sich bspw. um eine Unter­ druckpumpe handeln. Über eine Schaltleitung 6, in der ein in seiner Ge­ samtheit mit der Bezugsziffer 7 bezeichnetes pneumatisches Schaftventil angeordnet ist, ist das Sekundärluftventil 4 mit der Unterdruckquelle 5 ver­ bindbar, d. h. je nachdem, ob das Schaltventil 7 geöffnet oder geschlossen ist, wird Unterdruck an das Sekundärluftventil 4 angelegt, wodurch dieses geöffnet wird bzw. bleibt, oder es liegt kein Unterdruck am Sekundärluftventil 4 an, so daß dieses geschlossen ist.

Im folgenden wird nun zunächst der Aufbau des pneumatischen Schaltven­ tiles 7 detailliert beschrieben, ehe auf dessen Ansteuerung, d. h. Betätigung eingegangen wird:
Wie ersichtlich besteht dieses Schaltventil 7 aus einem zweiteiligen Gehäuse 7a, innerhalb dessen eine Trennwand 7b vorgesehen ist. Diese Trennwand 7b unterteilt den Innenraum des Gehäuses 7a in eine Durchgangskammer 7c sowie eine Steuerkammer 7d. In der hierfür geeignet gestalteten Trenn­ wand 7b ist ein Ventilkörper 7e auf später noch näher erläuterte Weise in bzw. gegen Pfeilrichtung 8 längsverschiebbar geführt. Dieser Ventilkörper 7e besitzt zwei sog. Dichtflächen 17e und 27e. Mit der ersten, hier unteren Dichtfläche 17e kann der Ventilkörper 7e eine im Gehäuse 7a vorgesehene Eintrittsöffnung 7f in die Durchgangskammer 7c versperren oder freigeben; in der figürlich dargestellten Position des Ventilkörpers 7e ist diese Eintritts­ öffnung 7f abgesperrt. Mit der zweiten, hier oberen Dichtfläche 27e kann der Ventilkörper 7e eine in der Trennwand 7b vorgesehene Belüftungsöffnung 7g in die Durchgangskammer 7c versperren oder freigeben; in der figürlich dargestellten Position des Ventilkörpers 7e ist diese Belüftungsöffnung 7g geöffnet.

Neben dieser Belüftungsöffnung 7g sowie der Eintrittsöffnung 7f ist bezüglich der Durchgangskammer 7c noch eine Austrittsöffnung 7h im Gehäuse 7a vorgesehen. Diese Austrittsöffnung 7h ist mit dem Sekundärluftventil 4 ver­ bunden, d. h. von dieser Austrittsöffnung 7h der Durchgangskammer 7c führt ein Teilstück der Schaltleitung 6 zum Sekundärluftventil 4. Die Eintrittsöff­ nung 7f ist mit der Unterdruckquelle 5 verbunden, d. h. von der Unter­ druckquelle 5 führt ein Teilstück der Schaltleitung 6 zur Eintrittsöffnung 7f. In der gezeigten, hier unteren Anschlag-Position versperrt der Ventilkörper 7e diese Eintrittsöffnung 7f, so daß die Schaltleitung 6 unterbrochen ist. Wird hingegen der Ventilkörper 7e gemäß Pfeilrichtung 8 in seine obere An­ schlag-Position gebracht, so ist die Eintrittsöffnung 7f freigegeben. Dann ist über die Schaftleitung 6 sowie über die Durchgangskammer 7c des Schalt­ ventiles 7 das Sekundärluftventil 4 mit der Unterdruckquelle 5 verbunden.

Der Ventilkörper 7e wird von einer Betätigungsstange 7i getragen, die in ei­ nem sog. Führungsabschnitt 7b' der Trennwand 7b in bzw. gegen Pfeilrich­ tung 8 längsverschiebbar geführt ist. Innerhalb dieses im wesentlichen zylin­ drischen Führungsabschnittes 7b' ist ein Federelement 7k derart angeord­ net, daß es zwischen einer den Führungsabschnitt 7b' hier nach oben hin begrenzenden Wand und dem Ventilkörper 7e eingespannt ist. Dieses Fe­ derelement 7k trachtet also danach, den Ventilkörper 7e in seine dargestellte untere Anschlag-Position zu bewegen, d. h. durch dieses Federelement 7k wird das pneumatische Schaltventil 7 in seiner Schließposition gehalten.

Mit ihrem dem Ventilkörper 7e gegenüberliegenden Endabschnitt ist die Be­ tätigungsstange 7i in einer Membran 7m eingehängt, die hier quasi ein Be­ standteil des Gehäuses 7a ist und die insbesondere die bereits kurz er­ wähnte Steuerkammer 7d begrenzt, die auf der der Durchgangskammer 7c abgewandten Seite der Trennwand 7b vorgesehen ist. Diese Steuerkammer 7d weist als einzige Öffnung eine sog. Steueröffnung 7n auf, d. h. mit Aus­ nahme der Steueröffnung 7n ist die Steuerkammer 7d im wesentlichen her­ metisch abgeschlossen. Über eine Steuerleitung 9 ist die Steueröffnung 7n mit der Förderseite der Sekundärluftpumpe 3 bzw. mit dem stromauf des Sekundärluftventiles 4 liegenden Abschnitt der Zuleitung 2 verbunden.

Somit wird die Funktionsweise des gezeigten Schaltventiles 7 bzw. der ge­ samten beschriebenen Vorrichtung zur Zuführung von Frischluft zum Ab­ gasstrom einer Brennkraftmaschine klar verständlich:

Ist die Sekundärluftpumpe 3 nicht in Betrieb, weil dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine keine Frischluft beigemengt werden soll, so hält das Federelement 7k des Schaltventiles 7 dessen Ventilkörper 7e in der gezeig­ ten unteren Anschlag-Position, weshalb das in Schließposition vorgespannte Sekundärluftventil 4 nicht mit Unterdruck beaufschlagt wird und somit ge­ schlossen bleibt. Daher kann kein Abgas aus der Abgasanlage 1 über die Zuleitung 2 zur Sekundärluftpumpe 3 gelangen (und diese dadurch schädi­ gen).

Wird hingegen die Sekundärluftpumpe 3 in Betrieb genommen, weil dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine ein Frischluftstrom beigemengt werden soll, so fördert die Sekundärluftpumpe 3 über die Steuerleitung 9 auch eine gewisse Luftmenge in die Steuerkammer 7d des Schaltventiles 7. Durch den sich demzufolge in der Steuerkammer 7d aufbauenden Überdruck wird die Membran 7m nach außen (bzw. hier nach oben) bewegt, wobei die Betäti­ gungsstange 7i gemäß Pfeilrichtung 8 (ebenfalls nach oben) verschoben wird. Hierdurch wird der Ventilkörper 7e mit seiner ersten Dichtfläche 17e von der Eintrittsöffnung 7f abgehoben, so daß diese Eintrittsöffnung 7f nun­ mehr freigelegt ist und somit das Sekundärluftventil 4 mit der Unter­ druckquelle 5 verbunden ist. Wie bereits erläutert wurde, wird das Sekun­ därluftventil 4 damit geöffnet, so daß der von der Sekundärluftpumpe 3 ge­ förderte Frischluftstrom über die Zuleitung 2 in die Abgasanlage 1 gelangen kann.

Klar ersichtlich ist somit der besondere Vorteil der gezeigten und beschrie­ benen Vorrichtung. Soll nämlich die Sekundärluftpumpe 3 in Betrieb ge­ nommen werden, nimmt diese jedoch aufgrund irgendeines Defektes (bspw. wegen einer losgelösten elektrischen Steckverbindung) den Betrieb nicht auf, so wird konsequenterweise sowie selbsttätig gesteuert das Sekundär­ luftventil 4 nicht geöffnet. Letzteres erfolgt nämlich offensichtlich nur dann, wenn die Sekundärluftpumpe 3 tatsächlich einen Frischluftstrom fördert. Ne­ ben diesem besonderen funktionalen Vorteil zeichnet sich das beschriebene Schaltventil 7 darüber hinaus (im Vergleich zu den bisherigen elektrischen Schaltventilen) durch geringeres Gewicht sowie höhere Zuverlässigkeit aus.

Zurückkommend auf dieses Schaltventil 7 erkennt man, daß die Betäti­ gungsstange 7i hohl ausgebildet und im dem Ventilkörper 7e zugewandten Endabschnitt eine Übertrittsbohrung 7p aufweist, die sozusagen im Innen­ raum des Führungsabschnittes 7b' mündet, während das dem Ventilkörper 7e gegenüberliegende Ende des durch den Hohlraum in der Betätigungs­ stange 7i gebildeten Kanales in der Umgebung mündet. Über diesen Kanal bzw. über die hohl ausgebildete Betätigungsstange 7i ist der Innenraum des Führungsabschnittes 7b' somit mit der Umgebung verbunden. Andererseits ist dieser Innenraum des Führungsabschnittes 7b' in der gezeigten Position des Ventilkörpers 7e über die Belüftungsöffnung 7g (die zweite Dichtfläche 27e des Ventilkörpers 7e ist in dieser Position unwirksam) mit der Durch­ gangskammer 7c verbunden. Dies hat zur Folge, daß die in der Beschrei­ bungseinleitung genannte Ventilkammer des Sekundärluftventiles 4, die zum Öffnen desselben mit Unterdruck beaufschlagt wird, in dieser figürlich darge­ stellten Position des Schaltventiles 7 zur Umgebung hin belüftet wird. Nimmt hingegen der Ventilkörper 7e seine andere Anschlag-Position ein, in der die soeben genannte Ventilkammer des Sekundärluftventiles 4 über die Durch­ gangskammer 7c mit der Unterdruckquelle 5 verbunden ist, so ist hierbei die Belüftungsöffnung 7f mittels der zweiten Dichtfläche 27e des Ventilkörpers 7e verschlossen.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß selbstverständlich eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein können, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1

Abgasanlage

2

Zuleitung (für Frischluftstrom)

3

Sekundärluftpumpe

4

Sekundärluftventil

5

Unterdruckquelle

6

Schaltleitung

7

pneumatisches Schaltventil

7

a Gehäuse

7

b Trennwand

7

c Durchgangskammer

7

d Steuerkammer

7

e Ventilkörper

7

f Eintrittsöffnung

7

g Belüftungsöffnung

7

h Austrittsöffnung

7

i Betätigungsstange

7

k Federelement

7

m Membran

7

n Steueröffnung

7

p Übertrittsbohrung

8

Pfeilrichtung: Verschiebbarkeit von

7

e,

7

i

9

Steuerleitung

17

e erste Dichtfläche von

7

e

27

e zweite Dichtfläche von

7

e

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Zuführung von Frischluft zum Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einer den Frischluft-Strom fördernden Sekun­ därluftpumpe (3), deren Ausgang unter Zwischenschaltung eines Se­ kundärluftventiles (4) mit der Brennkraftmaschinen-Abgasanlage (1) verbunden ist, wobei das in seiner Schließposition vorgespannte Se­ kundärluftventil (4) durch Anlegen von Unterdruck in seine Offenposi­ tion umschaltbar ist und wobei dieser Unterdruck von einer Unter­ druckquelle (5) bereitgestellt wird und über ein Schaltventil (7) ge­ steuert an das Sekundärluftventil (4) anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil als pneumatisches Schaltventil (7) ausgebildet ist, das mittels eines Federelementes (7k) in Schließposition gehalten ist und durch Anlegen von Überdruck in einer Steuerkammer (7d) des Schaltventiles (7) geöffnet wird, wobei dieser Überdruck von der in Betrieb gesetzten Sekundärluftpumpe (3) bereitgestellt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkammer (7d) des Schaltven­ tiles (7) von einer Membran (7m) begrenzt wird, in der eine den Ven­ tilkörper (7e) des Schaltventiles (7) tragende Betätigungsstange (7i) eingehängt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen zwei Anschlag-Positionen bewegbare Ventilkörper (7e) zwei Dichtflächen (17e, 27e) aufweist, so daß eine zum Sekundärluftventil (4) führenden Austrittsöffnung (7h) des Schaltventiles (7) entweder mit der Unterdruckquelle (5) oder mit der Umgebung verbunden wird, wobei die letztgenannte Verbindung über die hohl ausgebildete Betätigungsstange (7i) erfolgt.