DE4113293A1 - Temperaturabhaengig arbeitendes bypassventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein temperaturabhängig arbeitendes Bypassventil gemäß dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.

Aus dem DE-GM 88 15 794.6 ist eine gattungsgemäße Einrichtung bekannt, die eine temperaturabhängige Führung des Abgasstromes einer Brennkraftmaschine mittels einer großflächigen und von den Abgasen ständig umströmten Strömungsleitklappe aus einem Bimetallblech bewirkt.

Diese Strömungsleitklappe stellt eine einseitig starr be­ festigte Klappe dar, deren freies Ende eine von der Abgastem­ peratur abhängige Lage einnimmt und damit einen Kanal zu einem Filter bzw. Katalysator oder einen Umgehungskanal freigibt oder sperrt. Da die chemisch aggressiven Abgase Temperaturen von über 800°C erreichen, ist es jedoch mit vertretbaren Aufwand praktisch kaum möglich, derartige großflächige Bimetallelemente zu schaffen, die den hohen Temperaturen und den extremen me­ chanischen Belastungen durch die pulsierenden Abgase über eine lange Lebensdauer zuverlässig standhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ventil zur temperaturabhängi­ gen Steuerung einer Bypassleitung in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotores so zu gestalten, daß neben einer kosten­ günstigen Herstellbarkeit eine zuverlässige Funktion des Venti­ les über die gesamte Lebensdauer der Abgasanlage gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kenn­ zeichnen.

Vorteilhaft wird durch die erfindungsgemäße Lösung ein kosten­ günstiges Bypassventil geschaffen, in dem aufwendige, störan­ fällige, großflächige und von den Abgasen ständig umströmte Klappen aus Bimetall vermieden sind. Das Bypassventil ist so ausgelegt, daß der Bypasskanal oberhalb einer vorbestimmten Ab­ gastemperatur geschlossen ist, wodurch das im Bypasskanal ange­ ordnete Bimetallelement von dem Abgasstrom getrennt wird und damit vor weiter ansteigenden Temperaturen der Abgase geschützt ist. Dabei wirken ansteigende Motorlastbedingungen aufgrund des dabei ansteigenden Abgasgegendruckes schließkraftunterstützend auf das Bypassventil.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im nachfolgenden näher be­ schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bypass­ ventil,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer im Bypassventil enthal­ tenen Tellerfeder aus einem Bimetall.

Das in Fig. 1 dargestellte Bypassventil 1 dient der Mengen­ steuerung eines Abgasstromes, der von einer Abgasleitung 2 in eine Bypassleitung 3 geführt werden soll. Diese Bypassleitung 3 umgeht eine im Hauptstrom der Abgasleitung 2 angeordnete, nicht dargestellte Abgasreinigungseinrichtung.

In dem Bypassventil 1, welches in einem Ventilkörper 4 instal­ liert ist, ist ein starr mit einem Ventilschaft 5 verbundener und mit einem Ventilsitz 7 zusammenwirkender Ventilteller 6 angeordnet, wobei der Ventilsitz 7 eine Ventilöffnung 8 von der Abgasleitung 2 zur Bypassleitung 3 darstellt. Der Ventilteller 6 stützt sich entgegen der Schließrichtung auf einer den Ven­ tilschaft 5 umschließenden temperaturunabhängigen Druckfeder 9 ab, welche in einem Gegenlager 10 aufgenommen ist. Dieses Ge­ genlager 10 ist über eine von Durchströmöffnungen 11 durchbro­ chenen Halterung 12 mit dem Ventilkörper 4 fest verbunden und wird von dem Ventilschaft 5 zentrisch durchragt. Der Ventil­ schaft 5 endet auf seiner dem Ventilteller 6 abgewandten Seite mit einer am Ventilschaft 5 befestigten Anschlagscheibe 13. Zwischen dieser Anschlagscheibe 13 und dem Gegenlager 10 ist eine Packung scheibenförmiger, vom Ventilschaft 5 ebenfalls durchragter Tellerfedern 14 angeordnet, die durch die Kraft der Druckfeder 9 aneinander gedrückt sind. Diese kegeligen, kreis­ ringförmigen Tellerfedern 14 bestehen aus einem Bimetall und sind so aufgebaut, daß der Betrag der axialen Ausdehnung der Kegelhöhe h jeder Tellerfeder 14 von der jeweiligen Temperatur abhängig ist. Bei Temperaturen, die etwa den Außentemperaturen bzw. den Abgastemperaturen bei einem Kaltstart des Motors ent­ sprechen, ist die Kegelhöhe h am geringsten. Ansteigende Ab­ gastemperaturen führen zu einer Vergrößerung der Kegelhöhe h. Die Tellerfedern 14 sind dergestalt aneinandergereiht, daß sich benachbarte Tellerfedern 14 nur jeweils mit den äußeren oder mit den inneren, die kegligen Kreisringflächen 15 begrenzenden kreisförmigen Kanten 16, 17 gegeneinander abstützen und sich dadurch die Kegelhöhen h der Tellerfedern 14 summieren. Die dergestalt aneinandergereihte Packung von Tellerfedern 14 deren Gesamthöhe H bei zunehmenden Abgastemperaturen ansteigt, be­ stimmt die Lage des axial im Gegenlager 10 verschiebbaren Ven­ tilschaftes 5. Dabei ist der Ventilschaft 5 mittels der Druck­ feder 9 ständig gegen den durch die Gesamthöhe H der Packung von Tellerfedern 14 eingestellten Anschlag in Öffnungsrichtung belastet und in der Folge davon ergibt sich der durchströmbare Öffnungsquerschnitt der Ventilöffnung 8 zwischen Ventilteller 6 und Ventilsitz 7. Die Öffnungscharakteristik ist so gestaltet, daß das Bypassventil 1 bei Abgasen mit niedriger Temperatur wie z. B. beim Kaltstart des Motors maximal geöffnet ist und sich bei ansteigenden Temperaturen schließt.

In Abhängigkeit des durch die Abgasreinigungseinrichtung her­ vorgerufenen Abgasgegendruckes strömt mindestens ein Teil der Abgase bei offenem Bypassventil 1 aus der Abgasleitung 2 in die Bypassleitung 3 und umströmt dabei die stromab der Ventilöff­ nung 8 angeordneten Tellerfedern 14. Steigt die Temperatur der Abgase, vergrößert sich die Gesamthöhe H der Packung von Tel­ lerfedern 14 und der Ventilteller 6 nähert sich gegen die Kraft der Druckfeder 9 an den Ventilsitz 7 an. Ab einer bestimmten Temperatur sitzt der Ventilteller 6 im Ventilsitz 7 auf und die Ventilöffnung 8 ist geschlossen. Dadurch steigt der Abgasgegen­ druck stromauf der Abgasreinigungseinrichtung weiter an und wirkt auf die Fläche des Ventiltellers 6 gegen die Kraft der Druckfeder 9 zusätzlich schließkraftunterstützend.

Da sich die Tellerfedern 14 in dem Bereich des Bypassventiles 1 befinden, der bei weiter ansteigender Temperatur der Abgase nicht mehr durchströmt wird, ist in diesen hohen Temperaturbe­ reichen ein direktes Einwirken der Abgase auf die Tellerfedern 14 verhindert. Infolge dessen wirkt bei geschlossenem Bypass­ ventil 1 die Temperatur der Abgase kaum noch auf die Teller­ federn 14 ein, dessen Temperatur daher sinkt, wodurch sich die Höhe H der Packung von Tellerfedern 14 verringert und der Ven­ tilteller 6 von der Druckfeder 9 wieder in Öffnungsrichtung verstellt wird. Bereite ein geringer Öffnungsquerschnitt der Ventilöffnung 8 läßt infolge der nun wieder in die Bypass­ leitung 3 einströmenden heißen Abgase die Temperatur der Packung von Tellerfedern 14 sofort wieder ansteigen und das By­ passventil 1 schließt wieder. Es stellt sich also bei hohen Abgastemperaturen ein Öffnungsquerschnitt der Ventilöffnung 8 ein, der gerade so viel Abgase in die Bypassleitung 3 strömen läßt, die ausreicht um die Temperatur der Packung von Teller­ federn 14 auf der für diesen Öffnungsquerschnitt erforderliche Höhe zu halten.

Abweichend von der Anwendungsmöglichkeit der Steuerung einer eine Abgasreinigungseinrichtung umgehenden Bypassleitung 3 in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel, kann das erfindungsge­ mäße Bypassventil 1 in weiteren Anwendungsfällen wie auch zur Steuerung einer Abgasrückführungseinrichtung verwendet werden.

Claims (6)

1. Temperaturabhängig arbeitendes Bypassventil, insbesondere zum Auf- bzw. Zusteuern einer Bypassleitung in einem Abgassy­ stem einer Brennkraftmaschine mittels mindestens eines Bime­ tallelementes, von dem das in einem Ventilgehäuse angeordnete Bypassventil in Abhängigkeit der Temperatur der Abgase in unterschiedliche Öffnungsstellungen steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypassventil (1) aus einem mit einem Ventilsitz (7) zusammenwirkenden und mit einem Ventilschaft (5) starr verbun­ denen Ventilteller (6) gebildet ist, der (6) durch eine Druck­ feder (9) beaufschlagt ist, durch die der Ventilteller (6) bei niedrigen Abgastemperaturen in eine maximale Öffnungsstellung eingestellt ist, wobei die maximale Öffnungsstellung durch ei­ nen am Ventilschaft (5) angeordneten Anschlag bestimmt ist, dessen Lage über das zwischen dem Anschlag und einer gehäuse­ festen Abstützung angeordnete Bimetallelement im Sinne einer Verminderung des maximalen Öffnungsquerschnittes bei anstei­ genden Abgastemperaturen veränderbar ist.

2. Bypassventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement aus einer Packung mehrerer kegeligen Tellerfedern (14) besteht, die so zueinander angeordnet sind, daß sich benachbarte Tellerfedern (14) nur jeweils mit den äu­ ßeren oder mit den inneren, die kegligen Kreisringflächen (15) begrenzenden kreisförmigen Kanten (16, 17) gegenseitig berühren und sich dadurch die Kegelhöhen (h) der Tellerfedern (14) sum­ mieren.

3. Bypassventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement im Bereich stromab des Ventilsitzes (7) außerhalb des bei geschlossenem Bypassventil (1) von den Abgasen durchströmten Bereiches angeordnet ist.

4. Bypassventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (6) im geschlossenen Zustand des Bypassventiles (1) durch den Abgasgegendruck schließkraftun­ terstützend belastet ist.

5. Bypassventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vermittels des Bypassventiles (1) eine Bypassleitung (3) zur Umgehung einer in einer Abgasanlage angeordneten Abgasrei­ nigungseinrichtung steuerbar ist.

6. Bypassventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vermittels des Bypassventiles (1) der durchströmbare Quer­ schnitt einer Abgasrückführungseinrichtung steuerbar ist.