DE60302733T2

DE60302733T2 - Sekundärluftsystem für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60302733T2
Application number: DE60302733T
Authority: DE
Inventors: Paolo Nesti
Original assignee: Piaggio and C SpA
Current assignee: Piaggio and C SpA
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: TWI316109B; DE60302733D1; PT1396618E; EP1396618B1; EP1396618A1; CN1488844A; ATE313009T1; CN100347421C; ES2255656T3; ITMI20021889A1; TW200404951A; DK1396618T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sekundärluftsystem für Verbrennungsmotoren.
Sekundärluftsysteme für Zweitakt- oder Viertakt-Verbrennungsmotoren sind seit einiger Zeit bekannt, die für einen Einlass von Frischluft, die als Sekundärluft bezeichnet wird, in das Auspuffrohr an einer Position oberstromig eines Schalldämpfers mit einem Katalysator zu sorgen.
Über eine Sauerstoffanreicherung in den Abgasen, die in Kontakt mit dem Katalysator gelangen müssen, ist es in der Tat möglich, eine stärkere Umwandlung der chemischen Schadstoffarten, wie etwa Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, zu erhalten, wodurch Emissionen von schädlichen Gasen in die Umwelt vermindert werden.
Um die kontrollierte Einströmung von Luft zu handhaben, sind verschiedene Sekundärluftsysteme mit automatischem Betrieb vorgeschlagen worden.
Die EP-A-1 184 546 betrifft ein elektrisch betriebenes Steuerventil 30 zum Steuern der Fluidverbindung zwischen einer Luftpumpe 28 und einem Gasbehandlungssystem 22, das Abgas, das durch einen Verbrennungsmotor 20 erzeugt wird, behandelt. Das Ventil 30 weist einen Mechanismus auf, der von einem Solenoid und durch die Differenz zwischen dem Fluiddruck an seinem Einlass 34 und dem Fluiddruck an seinem Auslass 36 gesteuert wird.
Eines der bekannten Systeme umfasst ein Ventil von einem Blatt-Typ, das dafür konstruiert ist, einen Einlass von Frischluft von der umgebenden Umwelt durch einen Filterkasten zu ermöglichen, um sie weiter zu dem Auspuffrohr für unverbrannte Gase, das oberstromig des Katalysators angeordnet ist, zu schicken.
Das Ventil für das Sekundärluftsystem regelt die Strömung und verhindert jeglichen möglichen Rückstrom von unverbrannten Schadstoffgasen von dem Auspuffrohr durch den Filterkasten in die Umwelt.
Die oben erwähnten Ventiltypen haben im Allgemeinen aus einer kleinen elastischen rechteckigen Platte, nachstehend als "Blatt" bezeichnet, bestanden, welche, indem sie auf einer rechteckigen Öffnung einer Trennwand aufliegt, diese an allen vier Seiten verschließt, wobei sie entlang einer Seite des Rechtecks befestigt ist.
Ein derart aufgebautes Ventil öffnet, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Bereich oberstromig und dem Bereich unterstromig der Trennwand größer ist als ein Schwellenwert, was zulässt, dass die Widerstand entgegenbringende, elastische Kraft der Feder überwunden wird.
Wenn die Druckdifferenz unter den Schwellenwert abfällt, oder wenn die Druckdifferenz umgekehrt wird, neigt das Blatt dazu, zu schließen.
Das Blattventil funktioniert deshalb als Rückschlagventil, das eine Strömung in nur eine einzige Richtung, d.h. von dem Filterkasten zum Auspuffrohr, ermöglicht.
Die zyklische Funktionsweise des Motors erzeugt in dem Auspuffrohr Wellen negativen Drucks, die entlang des Sekundärluftrohrs fortschreiten, unterstromig des Ventils des Sekundärluftsystems ankommen und ein Öffnen des Blatts und eine Abgabe von Sekundärluft an das Abgasrohr bewirken.
Ventile für Sekundärluftsysteme gemäß dem Stand der Technik umfassen im Allgemeinen ein rechteckiges Blatt, das aus rostfreiem Stahl oder Kohlefaser hergestellt ist.
Die Eigenschaften der verwendeten Materialien, wie etwa Steifigkeit und Gewicht, bedingen das Verhalten des Ventils und insbesondere das Ausmaß an Öffnen des Ventils, die Verzögerung beim Öffnen aufgrund der Trägheit und schließlich den minimalen Schwellenwert der Druckdifferenz zwischen dem Rohr oberstromig und dem Rohr unterstromig in der Nachbarschaft des Ventils, der erforderlich ist, um die Widerstand entgegenbringende, elastische Kraft des Blattes zu überwinden und das Ventil zu öffnen.
Die vorstehenden Faktoren der Ventilblätter gemäß dem Stand der Technik wirken bei der Begrenzung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft mit, so dass der Wirkungsgrad des Systems vermindert wird.
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sekundärluftsystem bereitzustellen, das die vorstehend erwähnten Nachteile aus dem Stand der Technik nicht zeigen wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sekundärluftsystem bereitzustellen, das Verluste aufgrund von Schichtung zeigt, die geringer sind als jene von Ventilen gemäß dem Stand der Technik.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sekundärluftsystem mit einer verbesserten Dichtigkeit und einem erhöhten Widerstand gegenüber Gegendrücken bereitzustellen.
Ebenfalls zu den Zielen der vorliegenden Erfindung gehört, dass ein Sekundärluftsystem bereitgestellt wird, das kostengünstig herzustellen und leicht einzubauen ist.
Die obigen und weiteren Ziele gemäß der vorliegenden Erfindung werden Dank des Sekundärluftsystems für Verbrennungsmotoren gemäß Anspruch 1 erreicht.
Weitere Eigenschaften der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Eigenschaften und Vorteile eines Sekundärluftsystems für Verbrennungsmotoren gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlicher werden, die allein anhand eines nicht begrenzenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen bereitgestellt wird, in denen:
1 eine Seitenansicht im Teilschnitt eines Motors mit einer Abgasanlage ist, die mit einem Sekundärluftsystem versehen ist, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
2 eine Ansicht von vorne eines Ventils für ein Sekundärluftsystem gemäß der Erfindung ist;
3 eine Querschnittsansicht des Ventils ist, genommen entlang der Linie III-III von 2; und
4 eine Querschnittsansicht ähnlich wie die von 3 eines Ventils für ein Sekundärluftsystem gemäß einer unterschiedlichen Ausführungsform der Erfindung ist.
Nach den Figuren ist ein Verbrennungsmotor 10 vom Zweitakt- oder Viertakt-Typ mit einem Motorkörper 11 ausgestattet, mit dem ein Auspuffrohr 12 verbunden ist, das verbrannte Gase zu einem Schalldämpfer, der mit einem Katalysator 13 ausgestattet ist, befördert.
Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Sekundärluftsystem 20 versehen, das einen Filterkasten 21, der einen Luftfilter (nicht dargestellt) enthält, ein Ventil 22 und ein Rohr 23 zum Zuführen von Sekundärluft umfasst, welches dem Auspuffrohr 12 über einen Rohrverbinder 14 zugewandt ist, der an einer Position oberstromig des Schalldämpfers, der mit einem Katalysator 13 ausgestattet ist, angeordnet ist.
Der Filterkasten 21 des Sekundärluftsystems 20 trägt an seiner Innenseite befestigt eine Trennwand 24, die dafür konstruiert ist, den Filterkasten 21 in einen ersten Bereich 21', der mit der äußeren Umwelt verbunden ist, und einen zweiten Bereich 21'' zu unterteilen, der in Richtung des Rohrs 23 angeordnet ist, um dem Auspuffrohr 12 Sekundärluft zuzuführen.
In der vorstehend erwähnten Trennwand 24 ist eine Vielzahl von Öffnungen 25 ausgebildet, die vorzugsweise kreisförmig und entlang eines Umfangs um ein Befestigungslochs 26 herum angeordnet sind.
Die obigen Öffnungen 25 setzen die äußere Umwelt mit dem Bereich des Filterkastens 21, der in Richtung des Rohrs 23 angeordnet ist, in Verbindung.
Eine kreisförmige elastische Membran 27 ist an der Trennwand 24 mittels eines Rückhaltestöpsels 28 an einer Position, die dem Befestigungsloch 26 entspricht, befestigt.
Zum Befestigen ist in der Membran 27 an einer zentralen Position ein Durchgangsloch 30 vorgesehen, durch das der Rückhaltestöpsel 28 eingesetzt ist.
Die Membran 27 ist mit einer Größe hergestellt, so dass alle Öffnungen 25 bedeckt sind.
Das Material, aus dem die Membran 27 hergestellt ist, ist ein Kunststofftyp, beispielsweise ein Film aus Polyethylenterephthalat (PET).
Wegen der Eigenschaften hoher Elastizität und Festigkeit des Materials kann die Membran 27 relativ dünn sein, so dass der Druck, der notwendig ist, um sie zu biegen und zu ermöglichen, dass die Öffnungen 25 aufgedeckt werden, beträchtlich niedriger ist als der Druck, der notwendig ist, um die Blätter eines traditionellen Typs zu öffnen.
Dies bedeutet, dass, um ein Öffnen des derart hergestellten Ventils für ein erfindungsgemäßes Sekundärluftsystem zu bewirken, relativ begrenzte Druckdifferenzen zwischen dem Bereich oberstromig und dem Bereich unterstromig des Ventils ausreichend sind.
Während des Laufs des Motors ist es daher möglich, ein Öffnen des Ventils des Sekundärluftsystems auch in Zeiträumen zu erhalten, in denen die Druckdifferenzen nicht ausreichend wären, um ein Blattventil von einem traditionellen Typ zu öffnen.
Darüber hinaus gibt es eine vorteilhafte Verringerung von Verlusten aufgrund von Schichtung.
Die kreisförmige Form der Membran 27 und die Anordnung der Öffnungen 25 um das Befestigungsloch 26 herum sind geeignet gewählt, um einen angemessenen Querschnitt für den gesamten Hindurchtritt der Gase in Übereinstimmung mit der Festigkeit des Materials der Membran 27 zu erhalten.
Es ist tatsächlich bevorzugt, den Gesamtdurchtrittsquerschnitt der Gase in eine Anzahl von Öffnungen 25 mit relativ kleiner Größe zu unterteilen, auf denen die Membran 27 während Zeiträumen eines Schließens aufliegt, um die Abdichtung und den Widerstand gegenüber möglichen Gegendrücken, die auf das Ventil ausgeübt werden, zu verbessern.
Vorteilhafterweise ermöglicht die kompakte Anordnung des Aufbaus, der aus den Öffnungen 25 und der Membran 27 besteht, wie er in 2 dargestellt ist, eine Integration von mehr als einem von derartigen Aufbauten an der Trennwand 24 des Ventils 20 für ein Sekundärluftsystem, um den effektiven Durchtrittsquerschnitt des Ventils zu erhöhen.
Gemäß einer unterschiedlichen Ausführungsform der Erfindung, die in 4 dargestellt ist, ist eine Gegendruckscheibe 29 vorgesehen, die vorzugsweise aus Gummi hergestellt ist, wobei diese auch eine Kreisform aufweist und zwischen der Trennwand 24 und der Membran 27 angeord net ist, um die Dichtigkeit und den Widerstand gegenüber möglichen Gegendrücken, die auf das Ventil wirken, zu verbessern.
Das Material, aus dem der Rückhaltestöpsel 28 hergestellt ist, ist Gummi, der wegen seiner elastischen Verformbarkeit einen Einbau des gesamten Ventils mittels Einsetzens des Rückhaltestöpsels 28 durch das Durchgangsloch 30 und das Befestigungsloch 26 ermöglicht.
In dieser Verbindung weist der Rückhaltestöpel 28 einen Formkopf 28' auf, der dafür entworfen ist, in einer entsprechenden Ausformung 26' des Befestigungslochs 26 in Eingriff zu stehen.
Die Wahl des Materials und der Befestigungsarten führt zu einem erleichterten Einbau und ermöglicht die Produktion des Ventils für Sekundärluftsysteme 20 bei niedrigen Kosten.
Die Gesamtwirkung der Eigenschaften und Vorteile, die oben genannt wurden, ist, eine größere mittlere Durchflussrate der Sekundärluft durch das Ventil für Sekundärluftsysteme 20 zu erhalten, was wegen der Zunahme der Menge an Sauerstoff, die in den Abgasen vorhanden ist, einen größeren Umwandlungswirkungsgrad der Schadstoffarten verleiht, wodurch eine Verringerung von schädlichen Emissionen aus dem Motor ermöglicht wird.

Claims

Sekundärluftsystem für Verbrennungsmotoren mit einem Filterkasten (21), der derart konstruiert ist, dass er ein Ventil (22) beherbergt, das an einer Trennwand (24) gehalten ist, die an der Innenseite des Filterkastens (21) befestigt ist, um den Filterkasten (21) in einen ersten Bereich (21'), der mit der Umgebung verbunden ist, und einen zweiten Bereich (21''), der mit einem Auspuffrohr (12) des Verbrennungsmotors verbunden ist, zu unterteilen, wobei das Ventil (22) mindestens eine kreisförmige elastische Membran (27) umfasst, die an der Trennwand (24) befestigt ist, um eine Vielzahl von Öffnungen (25) abzudecken, die in der Trennwand (24) hergestellt und um einen Umfang herum angeordnet sind, um den ersten Bereich (21') mit dem zweiten Bereich (21'') des Filterkastens (21) in Verbindung zu setzen, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass darüber hinaus eine Gegendruckscheibe (29) vorhanden ist, die zwischen die Trennwand (24) und die Membran (27) gesetzt ist.
Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, bei dem die Gegendruckscheibe (29) eine Kreisform aufweist und aus Gummi hergestellt ist.
Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, bei dem die Membran (27) aus Kunststoff hergestellt ist.
Sekundärluftsystem nach Anspruch 3, bei dem die Membran (27) aus Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt ist.
Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, bei dem die Trennwand (24) mindestens zwei Sätze Öffnungen (25) und eine Membran (27) für jeden Satz Öffnungen aufweist, wobei ein Durchmesser der letzteren derart ist, dass die gesamten Öffnungen (25) jedes Satzes bedeckt sind.
Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, bei dem der zweite Bereich (21'') des Filterkastens (21) mit dem Auspuffrohr (12) des Verbrennungsmotors über ein mit dem Auspuffrohr (12) verbundenes Rohr (23) verbunden ist.
Sekundärluftsystem nach Anspruch 1, bei dem ein Befestigungsloch (26) vorgesehen ist, das in der Trennwand (24) in einer zentralen Position in Bezug auf die Anordnung der Öffnungen (25) hergestellt ist, um die Membran mittels eines Rückhaltestöpsels (28) zu befestigen.
Sekundärluftsystem nach Anspruch 7, bei dem die Membran (27) in ihrer Mitte ein Durchgangsloch (30) aufweist, durch das der Rückhaltestöpsel (28) eingesetzt ist.
Sekundärluftsystem nach Anspruch 8, bei dem der Rückhaltestöpsel (28) aus Gummi hergestellt ist und mit einem Kopf (28') versehen ist, der geeignet geformt ist, so dass er in das entsprechend geformte Befestigungsloch (26) hineingedrückt werden kann.