DE3040905C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Unterdruck-Steuerventil für die Zusatzluft-Regelung der Abgasreinigungsanlage ei­ ner Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein derartiges Unterdruck-Steuerventil ist aus der DE-OS 26 19 875 bekannt. Hierbei wird der Unterdruck des Ansaugkrümmers durch eine Unterdruckleitung zu einem Se­ kundärluft-Steuerventil geführt. Die Höhe dieses Unter­ drucks wird dadurch geregelt, daß der Strömungsquerschnitt einer in die Unterdruckleitung führenden Atmosphärenver­ bindung verändert wird. Der Strömungsquerschnitt wird über die Stellung zweier starr gekoppelter Membranen ver­ ändert, wobei die eine durch den Unterdruck der Mischkammer und die andere durch den Überdruck des Abgases derart be­ aufschlagt ist, daß die beiden durch die Drücke erzeug­ ten Kräfte gegeneinander wirken. Nachteilig bei dieser An­ ordnung ist, daß die Stellung der Drosselklappe nicht er­ faßt und berücksichtigt wird, und daß aufgrund des ver­ gleichenden Ansatzes von Abgasüberdruck und Mischkammer­ unterdruck, deren Differenzbeträge zum Atmosphärendruck sich erheblich voneinander unterscheiden, ein zusätzlicher Unterdruckverstärker erforderlich ist. Ferner ist ein Über­ gang von einem Betriebszustand in den anderen ständig mit einem Einschwingen des Unterdruck-Steuerventils ver­ bunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Unterdruck- Steuerventil zu schaffen, daß Ausgangsunterdrucksignale erzeugt, die vom direkten Ansaugunterdruck und der Stel­ lung der Drosselklappe abhängig sind. Ferner sollen bei Betriebszustandswechseln keine Einschwingvorgänge auf­ treten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.

Das Unterdruck-Steuerventil erzeugt ein Ein/Aus-Unterdruck­ signal aufgrund der oszillierenden Bewegungen der die bei­ den Kammern unterteilenden, in der Membran angeordneten Ventilbaugruppe, die wechselweise die beiden Kammern mit­ einander verbindet bzw. voneinander trennt und im ver­ bindenden Funktionszustand gleichzeitig den Anschluß zum Saugrohr der Brennkraftmaschine verschließt, so daß in der ersten Kammer, in die der Unterdruckanschluß für die Wei­ terführung des erzeugten Unterdrucksignals führt, wechsel­ weise Unterdruck oder annähernd Atmosphärendruck herrscht. Die Höhe des Unterdrucks in dieser Kammer ist von der Länge der Zeitspanne abhängig, in der die beiden Kammern nicht miteinander verbunden sind; diese Zeitspanne ist ihrerseits direkt von der Oszillationsfrequenz abhängig, die aufgrund der durch die Drosselklappenstellung festge­ setzten Vorspannung der ersten und zweiten Federeinrichtung bestimmt wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Der Lastzustand der Brennkraftmaschine wird über die Drosselklappenstellung abgenommen, die durch einen ge­ eigneten Stift/Nocken-Mechanismus die Vorspannung der bei­ den Federeinrichtungen mechanisch verändert. Hierdurch wird auf einfache und zuverlässige Weise die Höhe des erzeugten Unterdrucksignals durch den Betriebsparameter Lastzustand der Brennkraftmaschine bestimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

die Figur die einzelnen Komponenten einer Zusatzluft-Versorgungsanlage für die Abgasreinigungs­ anlage einer Brennkraftmaschine und insbesondere das Unterdruck-Steuerventil.

Die Figur zeigt eine Brennkraftmaschine A mit einem Saugrohr 4 und einem Auspuffkrümmer 6. Das Saug­ rohr 4 ist mit einem Luftfilter 1 und einer Drosselklappe 3 eines Vergasers versehen. Auf der Achse der Drosselklappe 3 ist eine Nockenscheibe 2 angebracht. Das Saugrohr hat einen An­ schluß 5, an dem der Ansaugunterdruck abgenommen wird. Der Auspuffkrümmer hat einen Anschluß 7, durch den Zusatzluft in die Abgase eingeleitet bzw. eingebla­ sen wird. Ferner ist ein Unter­ druck-Steuerventil 20 dargestellt, das bei einer Abgasreinigungsanlage angewendet ist, die in her­ kömmlicher Weise ein Ein-Aus-Magnetventil 40, ein Durchfluß­ steuerventil 50 sowie eine Luftpumpe 70 umfaßt, die jeweils herkömmlich angeordnet und ausgebildet sind. Die Pfeile geben die Richtungen der Luftströme an.

Das Unterdruck-Steuerventil 20 umfaßt ein zweiteiliges Gehäuse, dessen erstes Gehäuseteil 23 einen Anschluß 21, der an eine Unterdruckquelle ange­ schlossen ist, sowie einen Anschluß 22 hat und dessen zweites Gehäu­ seteil 25 einen Anschluß 24 hat, der mit der umgebenden Atmo­ sphäre verbunden ist. Ein Ende eines als Anschlag 28 dienenden Rohres ist fest in den Anschluß 21 eingesetzt. Eine Membran 29, die mit ihrem Rand zwischen den Gehäuseteilen eingespannt ist, trennt die Kammern im Inneren des Gehäuses voneinander. In der Mitte der Membran 29 ist in diese eine Ventilbaugruppe 30 eingesetzt, die ein erstes Teil 32 als Ventilsitz, ein zweites Teil 31 als Ventildeckel, ein bewegbares Ventilelement 33, eine im Schraubenarm ausgebildete Feder 34, einen Filter 26 und einen Filterhalter 27 umfaßt. Der Ventildeckel ist in den Ventilsitz so gepreßt, daß dadurch eine feste Verbin­ dung zwischen dem Ventilsitz und der Membran 29 hergestellt ist. Das bewegbare Ventilelement 33 wird innerhalb einer Ven­ tilkammer, die vom Ventilsitz und vom Ventildeckel be­ grenzt ist, von der Vorspannkraft der Feder 34 nach oben gedrückt. Im Ventilsitz 32 ist mittig ein Loch ausgebildet, durch das der untere Endabschnitt des Anschlags 28 verläuft. Der Innendurchmesser des mittigen Loches ist etwas größer als der Außendurchmesser dieses Anschlags. Das bewegbare Ventilelement 33 stützt sich am Anschlag 28 ab, wenn die Membran 29 und die Ven­ tilbaugruppe 30 entgegen der Kraft einer ersten Federeinrichtung 38 nach oben verschoben werden. Wenn die Ventilbaugruppe 30 weit genug nach oben verschoben ist, steht die Ventilkammer im Inneren der Ventilbaugruppe 30 in Verbindung mit der Kammer im Inneren des ersten Gehäuse­ teils 23. Zugleich ist die Verbindung zwischen der Ventilkam­ mer der Ventilbaugruppe 30 und dem Anschluß 21 unterbrochen, der einerseits mit der Unterdruckquelle und andererseits mit der Kammer im ersten Gehäuseteil 23 durch den Zwischenraum zwi­ schen der Ventilbaugruppe 30 und dem Anschlag 28 in Verbindung steht. Der Ventildeckel 31 ist mit einem engen Durchlaß 31 a versehen, der zum Innenraum im Ventilsitz führt, der andererseits durch den Filter 26, den Filterhalter 27 und die Kammer im zweiten Gehäuseteil 25 mit dem An­ schluß 24 (atmosphärischer Druck) verbunden ist, so daß auf dem beschriebenen Weg in die vom Ventilsitz und vom Ventildeckel begrenzte Ventilkammer Luft eingesaugt werden kann.

Das untere Ende einer druckbeaufschlagenden zweiten Federeinrichtung 35 in Schraubenform, die im zweiten Gehäuseteil 25 angeordnet ist, sitzt auf einem als Platte 36 ausgebildeten Federsitz, der sich am Kopf eines Stiftes 37 abstützt. Der Stift 37 verläuft durch eine Bohrung in der Mitte der Bodenwand des zweiten Ge­ häuseteils 25.

An der Drosselklappenwelle ist eine exzentrische Nockenscheibe 2 so befestigt, daß sie je nach der Stellung der Drosselklappe 3 mit ihrer Steuerfläche den Stift 37 mehr oder weniger anhebt. Wenn die Drosselklappe 3 ihre strich­ doppelpunktiert dargestellte Stellung einnimmt, hat die Nocken­ scheibe 2 ihre obere Totpunktlage, in der sie den Stift 37 in seiner obersten Stellung hält. Die Verschiebung des Stifts in das zweite Gehäuseteil 25 hinein und aus diesem heraus kann in gewünschter Weise durch entsprechende Kon­ tur der Steuerfläche der Nockenscheibe 2 festgelegt werden. Im Bedarfsfall kann die Nockenscheibe 2 durch eine andere Verbindungs- oder Hebeleinrichtung ersetzt sein, die den Stift 37 verschieben kann.

Das Unterdruck-Steuerventil 20 arbeitet in folgender Weise. Wenn der Stift 37 seine mit ausgezogenen Linien darge­ stellte tiefste Stellung einnimmt, hat das untere Ende der zweiten Federeinrichtung 35 die dargestellte Lage. Da der in der Kammer des ersten Gehäuseteils herrschende Druck gleich dem Druck im Saugrohr 4 ist, wenn der Anschluß 21 durch den Anschlag 28, das Loch im Ventilsitz 32 und den Spalt um die Außenseite des Anschlags 28 herum in Verbindung mit der Kammer im ersten Gehäu­ seteil 23 steht, und da die an die Membran 29 grenzende Kam­ mer im zweiten Gehäuseteil 25 unter atmosphärischem Druck steht, werden die Membran 29 und die Ventilbaugruppe 30 ent­ gegen der Kraft der ersten Federeinrichtung 38 nach oben verschoben, so daß das Volumen der Kammer im ersten Gehäuseteil 23 verrin­ gert wird. Dies hat zur Folge, daß das untere Ende des Anschlags 28 in die Ventilbaugruppe 30 hineingerät und zur Anlage an die Oberseite des bewegbaren Ventilelementes 33 kommt, so daß dieses innerhalb der Ventilbau­ gruppe 30 entgegen der Kraft der Feder 34 nach unten ver­ schoben wird und dadurch die Ventilkammer der Ventilbaugruppe 30 mit der Kammer im ersten Gehäuseteil 23 in Verbindung bringt. Demzufolge wird durch den engen Durchlaß 31 a und die Ventilkammer in der Ventilbaugruppe 30 Luft in die Kammer im ersten Gehäuseteil 23 gesaugt, so daß in dieser der Druck ansteigt bzw. der Unterdruck sinkt, was zur Folge hat, daß die Ventilbaugruppe 30 von der Kraft der ersten Federeinrichtung 38 nach unten verschoben wird. Dies bewirkt, daß der Anschlag 28 aus der Ventilkammer der Ventilbau­ gruppe 30 etwas herausgezogen wird, so daß das bewegbare Ven­ tilelement 33 wieder seine in der Figur dargestellte Schließ­ stellung einnimmt und in der Kammer im ersten Gehäuseteil 23 der Druck sinkt bzw. der Unterdruck steigt, was dazu führt, daß die Ventilbaugruppe 30 nach oben verschoben wird. Auf die­ se Weise führt die Ventilbaugruppe 30 immer wieder Bewegungen nach unten und nach oben aus, so daß der Druck in der Kammer im ersten Gehäuseteil 23 im zeitlichen Mittel auf einem kon­ stanten Wert gehalten wird, der durch die Kräfte der druckbeaufschlagenden Federeinrichtungen 38 und 35 bestimmt ist.

Wenn der Stift 37 nach oben verschoben wird, wird dadurch die zweite Federeinrichtung 35 zusammengedrückt, so daß diese auf die Ven­ tilbaugruppe 30 eine größere nach oben gerichtete Kraft aus­ übt als in der dargestellten Stellung, was zur Folge hat, daß jeweils diejenige Zeitdauer länger ist, während der der An­ schluß 21 vom bewegbaren Ventilelement 33 geschlossen gehalten wird und die Kammer im ersten Gehäuseteil 23 und die Ventil­ kammer miteinander in Verbindung stehen, so daß der Unter­ druck in der Kammer im ersten Gehäuseteil 23 sinkt. Je weiter der Stift 37 nach oben gedrückt ist, desto niedriger wird somit der Unterdruck in der Kammer im ersten Gehäuseteil 23. Der Unterdruck in dieser Kammer variiert somit entsprechend der Verschiebung des Stifts 37. Da der Stift 37 von der zweiten Federeinrichtung 35 nach außen gedrückt wird, wird er von der Nockenscheibe 2 in seiner obersten Stellung gehalten, wenn die Drosselklappe 3 geschlossen ist; diese Stellung ist strich-doppelpunktiert dargestellt. Während die Drosselklappe 3 geöffnet wird, bewegt sich der Stift 37 entsprechend der zurückweichenden Steuerfläche nach unten, so daß dadurch der Unterdruck im ersten Gehäuseteil 23 erhöht wird. Auf die­ se Weise wird der Unterdruck in der ersten Kammer je nach der Drosselstellung und dem Nockenscheiben­ profil geändert. Der resultierende Ausgangsunterdruck wird zu einem Unterdruckanschluß 43 des Ein-Aus-Magnetventils 40 geleitet.

Das Ein-Aus-Magnetventil 40 umfaßt ein erstes Gehäuseteil 42 aus magnetischem Material mit einem Luftanschluß 41, ein zwei­ tes Gehäuseteil 45 aus magnetischem Material mit dem Unter­ druckanschluß 43 sowie einem Anschluß 44, einen Spulenträger 46, eine Spule 47, einen Anker 48 aus magnetischem Material sowie eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 49. Wenn die Spule 47 entregt ist, nimmt der Anker 48 aufgrund der Kraft der Druckfeder 49 seine in der Figur untere Stel­ lung ein, so daß er den Unterdruckanschluß 43 geschlossen hält und den Luftanschluß 41 in Verbindung mit der Kammer im Inneren des zweiten Gehäuseteils 45 hält, da der Innendurch­ messer des Spulenträgers 46 größer als der Außendurchmesser des Ankers 48 ist. Wenn die Spule 47 erregt wird, wird der Anker 48 entgegen der Kraft der Druckfeder 49 in den Spulen­ träger 46 hineingezogen, so daß der Anker den Luftanschluß 41 schließt, während er gleichzeitig den Unterdruckanschluß 43 öffnet und dadurch den Unterdruckanschluß 43 mit der Kammer im zweiten Gehäuseteil 45 verbindet. Somit gelangt der Aus­ gangsunterdruck des Unterdruck-Steuerventils 20 in die Kammer im zweiten Gehäuseteil 45, wenn die Spule 47 erregt ist. Da­ gegen herrscht in der Kammer des zweiten Gehäuseteils 45 at­ mosphärischer Druck, wenn die Spule 47 nicht erregt ist. Wenn die Arbeitsweise des Ein-Aus-Magnetventils 40 in der Weise gesteuert wird, daß die Spule 47 durch Stromimpulse erregt wird, herrscht somit in der Kammer im zweiten Gehäuseteil 45 ein Druck bzw. Unterdruck, der dem Tastverhältnis der Strom­ impulse entspricht. Durch diese Tastverhältnissteuerung, die an sich bekannt ist, wird der Unterdruck in der Kammer im zweiten Gehäuseteil 45 auf bekannte Weise in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine mit Ausnahme von deren Belastung (Drosselklappenstellung) ge­ steuert. Der Druck in der Kammer im zweiten Gehäuseteil 45 gelangt durch den Anschluß 44 zu einem Steueranschluß 51 des Durchflußsteuerventils 50.

Das Durchflußsteuerventil 50 umfaßt ein erstes Gehäuseteil 52 mit dem Steueranschluß 51, ein zweites Gehäuseteil 56 mit einem mit der Atmosphäre verbundenen Anschluß 53, einem Auslaß 54 und einem Luftein­ laß 55, eine Membran 57, die die Räume im Inneren des ersten Gehäuseteils 52 und des zweiten Gehäuseteils 56 voneinander trennt, eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 58, die die Membran 57 zum zweiten Gehäuseteil 56 drückt, ein Ventilelement 59, das mit seinem einen Ende an der Membran 57 befestigt ist und dessen anderes Ende dem Lufteinlaß 55 zugewandt ist, sowie eine Trennwand 60, die den Raum im Inne­ ren des zweiten Gehäuseteils 56 zwischen dem Anschluß 53 und dem Auslaß 54 unterteilt. Wenn bei diesem Durchflußsteuerven­ til 50 der Unterdruck am Steueranschluß 51 steigt, wird die Membran 57 entgegen der Kraft der Druckfeder 58 in das erste Gehäuseteil 52 hineingezogen, wodurch der Luftdurchfluß vom Lufteinlaß 55 zum Auslaß 54 zunimmt. Wenn dagegen der Unter­ druck am Steueranschluß 51 sinkt, wird die Membran 57 von der Kraft der Druckfeder 58 mehr in das zweite Gehäuseteil 56 verlagert, so daß der Luftdurchfluß vom Lufteinlaß 55 zum Auslaß 54 sinkt. Dem Lufteinlaß 55 wird die Luft von der Luftpumpe 70 zugeführt, und die durch den Auslaß 54 ausströ­ mende Luft wird in den Auspuffkrümmer 6 eingeblasen.

Da durch das Unterdruck-Steuerventil der Ausgangsunterdruck entsprechend der mechanischen Auslenkung der Drosselklappe oder dergleichen und somit in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraftmaschine bestimmt wird, genügt es, wenn das Tastverhältnis für das Ein-Aus-Magnet­ ventil aufgrund einer geringeren Anzahl von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert wird, bei denen die Belastung der Brennkraftmaschine nicht berück­ sichtigt zu werden braucht. Ferner wird es möglich, die Luft­ ablaßmengen zu verringern. Diese Betriebsparameter, die von einem das Ein-Aus-Magnetventil steuernden Kleinstrechner verarbeitenden, sind bspw. der Sauerstoff-Partialdruck im Abgas, der mittels eines Sauerstoffühlers festgestellt werden kann, die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die Abgastemperatur.

Das Unterdruck-Steuerventil überlagert somit den Unterdruck-Ausgangssignalen des die Lufteinblasung steuernden Ein-Aus-Magnetventils Unterdrucksignale, die von Schwankungen des Unterdrucks im Saugrohr der Brennkraftmaschine und von der Drosselklap­ penöffnung abhängen.

Claims (4)

1. Unterdruck-Steuerventil für die Zusatzluft-Regelung der Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse, mit einer Membran, mit einer in Verbindung mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine stehenden ersten Kammer, mit einer in Verbindung mit der Atmosphäre stehen­ den zweiten Kammer, mit einer Ventilbaugruppe, auf die eine erste, in der ersten Kammer angeordnete Federeinrichtung und ent­ gegengesetzt hierzu eine zweite Federeinrichtung wirkt, mit einem bewegbaren Ventilelement, das in der Ventilbau­ gruppe angeordnet ist und normalerweise von einer Feder in solcher Stellung gehalten wird, daß es eine Verbindung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer unter­ bricht, und das die Verbindung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer öffnet, wenn die Membran um eine be­ stimmte Strecke ausgelenkt worden ist, und mit einem An­ schluß, an dem Unterdrucksignale aus der ersten Kammer, abgenommen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kam­ mer und die zweite Kammer durch die Membran (29) vonein­ ander getrennt sind, die Ventilbaugruppe (30) in der Mitte der Membran angeordnet ist, die zweite Federeinrichtung (35) in der zweiten Kammer angeordnet ist und beide Federeinrich­ tungen derart eingebaut sind, daß sie jeweils ihre Kammern zu erweitern suchen, die erste Kammer und die zweite Kam­ mer oszillierend miteinander in Verbindung bzw. außer Ver­ bindung gebracht werden, wobei die Zeitdauer der Verbindung und somit die Höhe des Unterdrucks in der ersten Kammer durch eine Einrichtung (2, 37, 36) bestimmt ist, die in Ab­ hängigkeit von der Stellung der Ansaugluft-Drosselklappe (3) die Vorspannung der ersten und zweiten Federeinrichtung einstellt, wodurch am Anschluß (22) Ein/Aus-Unterdrucksi­ gnale erzeugt werden, deren Höhe vom Unterdruck im Saug­ rohr (4) der Brennkraftmaschine und der Drosselklappenstel­ lung abhängig ist.

2. Unterdruck-Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einrichtung (2, 37, 36) eine Platte (36), die die zweite Federeinrichtung (35) innerhalb der zweiten Kammer abstützt, einen Stift (37), der verschiebbar durch das Gehäuse (25) des Unterdruck-Steuerventils ge­ führt ist, und eine an der Drosselklappenwelle eines Ver­ gasers befestigte Nockenscheibe (2) umfaßt, wobei der Stift mit seinem einen Ende an der Platte befestigt ist und mit seinem anderen Ende an der Nockenscheibe anliegt, wo­ durch er abhängig von der Drosselklappenöffnung in seiner Führung verschoben wird und die Vorspannung der ersten (38) und der zweiten Federeinrichtung (35) verändert.

3. Unterdruck-Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ventilbaugruppe (30) ein er­ stes Teil ( 32) und ein zweites Teil (31) umfaßt, zwischen denen fest der Rand der Membran (29) eingespannt ist, daß das erste Teil mit einem Durchlaß versehen ist, der in Ver­ bindung mit der ersten Kammer steht, und daß das zweite Teil mit einem Durchlaß (31 a) versehen ist, der in Verbin­ dung mit der zweiten Kammer steht, daß das bewegbare Ven­ tilelement (33) in einer Ventilkammer angeordnet ist, die in der Ventilbaugruppe ( 30) ausgebildet ist, und von einer Feder (34) so belastet ist, daß es normalerweise den mit der ersten Kammer in Verbindung stehenden Durchlaß in einem der Teile sperrt, daß die erste Kammer mit einem Anschlag (28) versehen ist, der das bewegbare Ventilele­ ment durch Berührung so verlagern kann, daß eine Verbin­ dung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer hergestellt ist und dadurch eine Verbindung der ersten Kammer mit der umgebenden Atmosphäre zustande kommt, wenn die Membran vom Unterdruck in der ersten Kammer in Richtung einer Verminderung des Volumens dieser Kammer ausgelenkt wird, so daß dadurch der in der ersten Kammer sich einstellende Unterdruck moduliert wird.

4. Unterdruck-Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Teil (31) mit einem Filter (26) für einströmende atmosphärische Luft versehen ist.