EP1046797B1 - Sekundärluftventil zur Zuführung von Zusatzluft zum Abgasstrom einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Sekundärluftventil zur Zuführung von Zusatzluft zum Abgasstrom einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1046797B1
EP1046797B1 EP00107363A EP00107363A EP1046797B1 EP 1046797 B1 EP1046797 B1 EP 1046797B1 EP 00107363 A EP00107363 A EP 00107363A EP 00107363 A EP00107363 A EP 00107363A EP 1046797 B1 EP1046797 B1 EP 1046797B1
Authority
EP
European Patent Office
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valve
secondary air
valve body
air valve
diaphragm
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP00107363A
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English (en)
French (fr)
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EP1046797A2 (de
EP1046797A3 (de
Inventor
Stefan Egger
Klaus Kraft
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication of EP1046797A2 publication Critical patent/EP1046797A2/de
Publication of EP1046797A3 publication Critical patent/EP1046797A3/de
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Publication of EP1046797B1 publication Critical patent/EP1046797B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives

Definitions

  • the invention relates to a secondary air valve for supplying additional air to the exhaust gas flow of an internal combustion engine, the input of which is on the delivery side an air pump and its output with the exhaust system of the internal combustion engine connected, and being one crossing from the entrance valve body of the secondary air valve controlling the output by means of a spring element is held in its closed position and by means of a membrane placed in a valve control chamber by loading one side of this membrane with excess pressure provided by the air pump is opened.
  • a secondary air valve forms at least internal ones State of the art, in addition to the technical environment DE 43 26 340 A1 referenced.
  • a second, such secondary air valve is known from US 5 491 976 A.
  • a secondary air valve according to the preamble of claim 1 serves the supply of a fresh air flow promoted by a secondary air pump to control the exhaust gas flow of an internal combustion engine or in those Operating states in which no addition of fresh air to the Internal combustion engine exhaust gas flow should take place, a quasi backflow to prevent from engine exhaust gas to the air pump.
  • the valve body of the secondary air valve with the help of the internal combustion engine generated or at partial load of a quantity-controlled Internal combustion engine in their suction system present negative pressure actuated.
  • the valve body is in its by a spring element held closed position and by pressurizing one in the secondary air valve provided control chamber, which from one to the Valve body acting membrane is limited, opened with negative pressure.
  • This known prior art is in the above DE 43 26 340 A1 shown.
  • the spring element holding the valve body in its closed position must develop some minimum spring force to ensure that the valve body also in the internal combustion engine exhaust system Typically occurring pressure pulsations - due to this can in the Exhaust system limited in time and place, namely negative pressure occur - is not opened automatically.
  • the spring force must therefore be sufficiently high so that the secondary air valve when the control pressure is not applied - (this serves to open the secondary air valve) - despite the occurrence of vacuum peaks remains closed in the exhaust system.
  • the object of the present invention is therefore to demonstrate measures with the aid of which a valve can be opened on a secondary air valve according to the preamble of claim 1, even with a relatively low positive pressure.
  • the solution to this problem is characterized in that from the outlet of the secondary air valve branches off into the environment a compensation line which is closed by a compensation body rigidly connected to the valve body and thus movably arranged.
  • Advantageous training and further education are included in the subclaims.
  • valve closing force or that of the valve body can be reduced generated spring element holding in its closed position Spring force due to the presence of the above-mentioned compensating line the movably arranged therein and rigidly connected to the valve body Compensation body.
  • valve body and the compensating body preferably have a substantially same cross-sectional area.
  • the output 2 of the secondary air valve is connected to the exhaust system of an internal combustion engine.
  • a transition 3 is provided, via which a connection be established between input 1 and output 2 can, if a valve body 4 controlling the transition 3 is opened. In In its figurative position, this valve body 4 gives the transition 3 at least partially free, so that a pumped by the secondary air pump Fresh air flow from the entrance 1 through the transition 3 through to the exit 2 of the secondary air valve and from this into the exhaust system Internal combustion engine can get.
  • the plate-shaped valve body 4 starting from its position shown in the direction of arrow 5 moved upwards so that it with its edge section at the transition 3 containing inner partition 6 of the secondary air valve, so is the transition 3 is closed and consequently the connection between the Input 1 and output 2 interrupted.
  • the edge area of the transition 3 on the inner partition 6 is designed as a valve seat 6 'for the valve body 4.
  • a suitable sealing element can be provided in the area of this valve seat 6 ' be provided.
  • valve body 4 can be displaced in or against the direction of the arrow 5.
  • the valve body 4 is in the housing 7 of the secondary air valve also guided in a longitudinally displaceable manner according to arrow direction 5
  • Actuating rod 8 worn the first (here upper) end one So-called intermediate plate 9 carries, which of the cylindrical side wall 10th a so-called.
  • Spring chamber 11 is guided.
  • To the operating rod 8 opposite side of the intermediate plate 9 closes a so-called translation chamber 12 on, the edge of the housing 7 and up again there, i.e. on the side opposite the intermediate plate 9 from a Membrane 13 is limited.
  • a valve control chamber 14 is provided, which in the remaining area of a cover part 15 of the secondary air valve is limited. Is between this cover part 15 and the housing 7 the membrane 13 clamped on the edge.
  • Pressure coil spring formed spring element 17 is arranged in the spring chamber 11 which (here) downwards, i.e. on the intermediate plate 9 opposite side from one to the cylindrical Side wall 10 adjoining bottom plate 16 .
  • This spring element clamped between the base plate 16 and the intermediate plate 9 17 is designed such that it is the (displaceably arranged) Tries to move intermediate plate 9 according to arrow direction 5 (upwards). Since the valve body 4 rigidly with the intermediate plate via the actuating rod 8 9 is connected, this valve body 4 is thus by said Spring element 17 held in its closed position. Furthermore is the spring chamber 11 via a ventilation channel 18 with the environment connected so that in this spring chamber 11 with a longitudinal displacement the valve body 4 (and thus also the intermediate plate 9) none Overpressure or underpressure arises.
  • a so-called displacement of the valve body can be initiated 4 by applying control pressure to the diaphragm 13.
  • the valve control chamber 14 pressurized, for which in the cover part 15 Inlet connector 19 is provided, which via a control line 20 with the Input 1 of the secondary air valve is connected. So that's the beginning called secondary air pump in operation, is located in the input 1 of the secondary air valve Overpressure before, via the control line 20 in the valve control chamber 14 is forwarded. This built up in the control chamber 14 Overpressure moves the membrane 13 downward in the direction of the arrow 5 quasi into the translation chamber 12.
  • the cross-sectional area of the intermediate plate 9 is smaller than that of the membrane 13, so that below this area ratio Interposition of the translation chamber 12 quasi a translation the applied to the membrane 13 from the valve control chamber 14 side Overpressure with a view to an enlarged on the intermediate plate 9 acting force takes place. Using this force ratio is sufficient therefore already a relatively low excess pressure to counter the valve body 4 to actuate the force of the spring element 17 in the opening direction.
  • valve control chamber 14 Pressurizing the valve control chamber 14 causes displacement the membrane 13 or the center of the membrane 13 against the direction of the arrow 5 in a ratio of 1: 1 to the valve body 4.
  • the control pressure introduced into the valve control chamber 14 or overpressure are of sufficient height to accommodate this displacement movement to initiate against the spring force of the spring element 17.
  • Embodiment can then change the gear ratio again existing translation chamber 12 are designed so that a relative small displacement of the membrane 13 against the direction of arrow 5 in one in contrast, larger displacement path of the intermediate plate 9 and thus also the valve body 4 is translated.
  • Such a design, according to which the cross-sectional area of the intermediate plate 9 larger than that the membrane 13 would, in view of a high flow rate of the Secondary air valves may be desirable.
  • the control pressure or overpressure introduced into the valve control chamber 14 are of sufficient height to be relative in terms of distance large displacement movement against the spring force of the spring element 17th to initiate.
  • a so-called compensating line 21 branches off, which is closed by a compensating body 22 which is rigidly connected to the valve body 4 and thus arranged to be movable.
  • a so-called compensating rod 8 'carrying the compensating body 22 is provided on the side of the valve body 4 facing away from the membrane 13.
  • the equalizing rod 8 'and the actuating rod 8 are a single (common) component, ie the actuating rod 8 continues in a straight line up to the compensating body 22 or the compensating rod 8' sits in a straight line up to the intermediate plate 9 away, but this can also be designed differently.
  • the free cross-sectional area of the compensating body 22 is in the essentially equal to the free cross-sectional area of the valve body 4. Acts thus onto the (here lower) surface 4a of the outlet 2 Valve body 4 negative pressure, that of the connected to the output 2 Internal combustion engine exhaust system coming up to this surface 4a is forwarded, the same negative pressure also acts on the Valve body 4 and the outlet 2 facing and thus the environment facing away surface 22a of the compensating body 22.
  • Vent channel 18 can also be created under pressure.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Sekundärluft-Ventil zur Zuführung von Zusatzluft zum Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, dessen Eingang mit der Förderseite einer Luftpumpe und dessen Ausgang mit der Abgasanlage der Brennkraftmaschine verbunden ist, und wobei der einen Übertritt vom Eingang zum Ausgang steuernde Ventilkörper des Sekundärluftventiles durch ein Federelement in seiner geschlossenen Position gehalten wird und mittels einer in einer Ventil-Steuerkammer angeordneten Membran durch Beaufschlagen einer Seite dieser Membran mit von der Luftpumpe bereitgestelltem Überdruck geöffnet wird. Ein derartiges Sekundärluftventil bildet zumindest internen Stand der Technik, daneben wird zum technischen Umfeld auf die DE 43 26 340 A1 verwiesen. Ein zweites, derartiges Sekundärluftventil ist aus der US 5 491 976 A bekannt.
Ein Sekundärluftventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dient dazu, die Zuführung eines von einer Sekundärluftpumpe geförderten Frischluftstromes zum Abgasstrom einer Brennkraftmaschine 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 Luftpumpe hin zu verhindern. Bislang wurde der Ventilkörper des Sekundärluftventiles unter Zuhilfenahme des von der Brennkraftmaschine erzeugten bzw. bei Teillastbetrieb einer quantitätsgesteuerten Brennkraftmaschine in deren Sauganlage vorliegenden Unterdruckes betätigt. Dabei wird der Ventilkörper durch ein Federelement in seiner geschlossenen Position gehalten und durch Beaufschlagen einer im Sekundärluftventil vorgesehenen Steuerkammer, welche von einer auf den Ventilkörper einwirkenden Membran begrenzt wird, mit Unterdruck geöffnet. Dieser bekannte Stand der Technik ist in der eingangs genannten DE 43 26 340 A1 gezeigt.
Künftige quantitätsgesteuerte Brennkraftmaschinen werden jedoch aufgrund neuartiger Quantitäts-Steuerungskonzepte nahezu keinen Unterdruck erzeugen, so daß auch kein Unterdruck zum Öffnen des Sekundärluftventiles zur Verfügung steht. Naheliegend ist es daher, den von der Sekundärluftpumpe bereitgestellten Überdruck zum Öffnen des Ventilkörpers des Sekundärluftventiles heranzuziehen. Hierzu muß eigentlich nur die andere Seite der o.g. Membran mit Überdruck beaufschlagt werden, d.h. wurde vorher bspw. die Unterseite der mit dem Ventilkörper verbundenen Membran mit Unterdruck beaufschlagt, um den Ventilkörper in seine Offenposition zu bewegen, so kann nunmehr an die Oberseite der Membran zum Erreichen des gleichen Zweckes Überdruck angelegt werden.
Das den Ventilkörper in seiner geschlossenen Position haltende Federelement muß eine gewisse Mindestfederkraft entwickeln, um sicherzustellen, daß der Ventilkörper auch bei den in der Brennkraftmaschinen-Abgasanlage üblicherweise auftretenden Druckpulsationen - aufgrund dieser kann in der Abgasanlage zeitlich und örtlich beschränkt nämlich Unterdruck auftreten - nicht selbsttätig geöffnet wird. Die Federkraft muß also ausreichend hoch sein, damit das Sekundärluftventil bei nicht angelegtem Steuerdruck - (dieser dient dem Öffnen des Sekundärluftventiles) - trotz des Auftretens von Unterdruckspitzen in der Abgasanlage geschlossen bleibt.
Nun hat sich gezeigt, daß bei vernünftiger Dimensionierung der Sekundärluftpumpe sowie des Sekundärluftventiles der von der Sekundärluftpumpe bereitgestellte Überdruck nicht ausreichend hoch ist, um den Ventilkörper gegen die Federkraft des entsprechend den im letzten Absatz beschriebenen Anforderungen ausgelegten Federelementes öffnen zu können. Zwar könnte die Pumpenleistung der Sekundärluftpumpe entsprechend erhöht und/oder die Fläche der den Ventilkörper betätigenden Membran entsprechend vergrößert werden, jedoch sprechen gegen die Umsetzung dieser Maßnahmen andere Argumente.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer an einem Sekundärluftventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dessen Ventilkörper auch mit einem betragsmäßig relativ niedrigen Überdruck geöffnet werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß vom Ausgang des Sekundärluftventiles eine in der Umgebung mündende Ausgleichsleitung abzweigt, die von einem mit dem Ventilkörper starr verbundenen und somit bewegbar angeordneten Ausgleichskörper verschlossen ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, daß mit Hilfe der Merkmale des Patentanspruchs 1 die Federkraft des den Ventilkörper in seiner geschlossenen Position haltenden Federelementes gegenüber dem bekannten Stand der Technik herabgesetzt werden kann. Eine derart reduzierte Federkraft hat nun zur Folge, daß auch nur ein entsprechend geringerer Überdruck benötigt wird, um den Ventilkörper gegen diese (geringere) Federkraft in seine Offenposition zu bewegen. Das o.g. der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem wird also nicht durch Bereitstellen einer vergrößerten Ventilöffnungskraft, sonder durch Herabsetzen der beim Öffnen zu überwindenden Ventilschließkraft gelöst.
Herabgesetzt werden kann die Ventilschließkraft bzw. die vom den Ventilkörper in seiner geschlossenen Position haltenden Federelement erzeugte Federkraft wegen des Vorhandenseins der genannten Ausgleichsleitung mit dem darin bewegbar angeordneten und mit dem Ventilkörper starr verbundenen Ausgleichskörper. Nachdem diese vom Ausgang des Sekundärluftventiles abzweigende und somit einerseits mit der Brennkraftmaschinen-Abgasanlage verbundene Ausgleichsleitung andererseits in der Umgebung mündet, und nachdem diese Ausgleichsleitung zur Umgebung hin von einem bewegbar angeordneten Ausgleichskörper verschlossen ist, der mit dem Ventilkörper starr verbunden ist, werden durch diese Anordnung Unterdruckspitzen, die in der Abgasanlage auftreten, bezüglich des Ventilkörpers kompensiert bzw. ausgeglichen. Ein in der Abgasanlage zeitlich sowie örtlich begrenzt vorliegender Unterdruck kann somit den Ventilkörper nicht mehr in seine Offenposition bewegen, da der in der Ausgleichsleitung vorgesehene und mit dem Ventilkörper verbundene Ausgleichskörper einer solchen Öffnungsbewegung entgegenwirkt. Demzufolge ist es möglich, die Federkraft des den Ventilkörper in seiner geschlossenen Position haltenden Federelementes erheblich zu reduzieren, da dieses Federelement nun nicht mehr gegen eventuell in der Abgasanlage auftretende Unterdruckspitzen wirken muß.
Bevorzugt besitzen der Ventilkörper sowie der Ausgleichskörper eine im wesentlichen gleiche Querschnittsfläche. Dies sowie weitere ggf. erfindungswesentliche Merkmale sowie der soeben beschriebene, der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Gedanke wird auch aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles klar ersichtlich. In der beigefügten einzigen Figur ist dabei ein erfindungsgemäßes Sekundärluftventil im Schnitt dargestellt.
Mit der Bezugsziffer 1 ist der Eingang des Sekundärluftventiles bezeichnet, der mit der Förderseite einer figürlich nicht dargestellten Luftpumpe (= Sekundärluftpumpe) verbunden ist. Der Ausgang 2 des Sekundärluftventiles ist mit der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine verbunden. Im Innenraum des Sekundärluftventiles ist ein Übertritt 3 vorgesehen, über den eine Verbindung zwischen dem Eingang 1 und dem Ausgang 2 hergestellt werden kann, wenn ein den Übertritt 3 steuernder Ventilkörper 4 geöffnet wird. In seiner figürlich dargestellten Position gibt dieser Ventilkörper 4 den Übertritt 3 zumindest teilweise frei, so daß ein von der Sekundärluftpumpe geförderter Frischluftstrom vom Eingang 1 durch den Übertritt 3 hindurch zum Ausgang 2 des Sekundärluftventiles und von diesem aus in die Abgasanlage der Brennkraftmaschine gelangen kann. Wird hingegen der tellerförmige Ventilkörper 4 ausgehend von seiner dargestellten Position gemäß Pfeilrichtung 5 nach oben bewegt, so daß er mit seinem Randabschnitt an der den Übertritt 3 enthaltenden Innen-Trennwand 6 des Sekundärluftventiles anliegt, so ist der Übertritt 3 verschlossen und demzufolge die Verbindung zwischen dem Eingang 1 und dem Ausgang 2 unterbrochen. Hierzu ist - was der Einfachheit halber figürlich nicht dargestellt ist - der Randbereich des Übertritts 3 an der Innen-Trennwand 6 als Ventilsitz 6' für den Ventilkörper 4 ausgebildet. Dabei kann im Bereich dieses Ventilsitzes 6' ein geeignetes Dichtelement vorgesehen sein. Im letztgenannten Zustand, wenn also der Ventilkörper 4 auf seinem Ventilsitz 6' aufliegt, kann weder ein von der Sekundärluftpumpe geförderter Luftstrom in die Abgasanlage der Brennkraftmaschine gelangen, noch kann aus dieser Abgasanlage ein Teil des Brennkraftmaschinen-Abgasstromes zur abgeschalteten (und somit keinen Gegendruck bereitstellenden) Luftpumpe gelangen, so daß diese durch das heiße Abgas nicht geschädigt werden kann.
Wie bereits erwähnt ist der Ventilkörper 4 in bzw. gegen Pfeilrichtung 5 verschiebbar. Hierzu wird der Ventilkörper 4 von einer im Gehäuse 7 des Sekundärluftventiles ebenfalls gemäß Pfeilrichtung 5 längsverschiebbar geführten Betätigungsstange 8 getragen, deren erstes (hier oberes) Ende einen sog. Zwischenteller 9 trägt, der von der zylindrischen Seitenwand 10 einer sog. Federkammer 11 geführt wird. An die der Betätigungsstange 8 abgewandten Seite des Zwischentellers 9 schließt sich eine sog. Übersetzungskammer 12 an, die randseitig wieder vom Gehäuse 7 und nach oben hin, d.h. auf der dem Zwischenteller 9 gegenüberliegenden Seite von einer Membran 13 begrenzt wird. Auf der der Übersetzungskammer 12 abgewandten Seite der Membran 13 ist eine Ventil-Steuerkammer 14 vorgesehen, die im übrigen Bereich von einem Deckelteil 15 des Sekundärluftventiles begrenzt wird. Zwischen diesem Deckelteil 15 sowie dem Gehäuse 7 ist die Membran 13 randseitig eingespannt. Bereits an dieser Stelle sei erwähnt, daß die Übersetzungskammer 12 vollständig mit einem im wesentlichen inkompressiblen und dabei fluidische Eigenschaften aufweisenden Medium befüllt ist.
In der Federkammer 11, die (hier) nach unten hin, d.h. auf der dem Zwischenteller 9 gegenüberliegenden Seite von einer sich an die zylindrische Seitenwand 10 anschließenden Bodenplatte 16 begrenzt wird, ist ein als Druck-Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 17 angeordnet. Dieses zwischen der Bodenplatte 16 und dem Zwischenteller 9 eingespannte Federelement 17 ist derart ausgelegt, daß es den (verschiebbar angeordneten) Zwischenteller 9 gemäß Pfeilrichtung 5 (nach oben) zu verschieben trachtet. Da der Ventilkörper 4 über die Betätigungsstange 8 starr mit dem Zwischenteller 9 verbunden ist, wird dieser Ventilkörper 4 somit durch das besagte Federelement 17 in seiner geschlossenen Position gehalten. Im übrigen ist die Federkammer 11 über einen Entlüftungskanal 18 mit der Umgebung verbunden, so daß in dieser Federkammer 11 bei einer Längsverschiebung des Ventilkörpers 4 (und somit auch des Zwischentellers 9) kein Überdruck oder Unterdruck entsteht.
Initiiert werden kann eine soeben genannte Verschiebung des Ventilkörpers 4 durch Anlegen von Steuerdruck an die Membran 13. Hierzu wird die Ventil-Steuerkammer 14 mit Überdruck beaufschlagt, wofür im Deckelteil 15 ein Eintrittsstutzen 19 vorgesehen ist, der über eine Steuerleitung 20 mit dem Eingang 1 des Sekundärluftventiles verbunden ist. Ist somit die eingangs genannte Sekundärluftpumpe in Betrieb, so liegt im Eingang 1 des Sekundärluftventiles Überdruck vor, der über die Steuerleitung 20 in die Ventil-Steuerkammer 14 weitergeleitet wird. Dieser in der Steuerkammer 14 aufgebaute Überdruck bewegt die Membran 13 gegen Pfeilrichtung 5 nach unten quasi in die Übersetzungskammer 12 hinein. Da letztere - wie bereits erwähnt - vollständig mit einem im wesentlichen inkompressiblen und dabei fluidische Eigenschaften aufweisenden Medium befüllt ist, wird hierdurch der Zwischenteller 9 ebenfalls gegen Pfeilrichtung 5 nach unten verschoben, so daß über die Betätigungsstange 8 auch der Ventilkörper 4 gegen Pfeilrichtung 5 (und somit in Längsrichtung der Betätigungsstange 8) verschoben wird. Lag dieser Ventilkörper 4 also vor dem Beaufschlagen der Ventil-Steuerkammer 14 mit Überdruck an der Innen-Trennwand 6 bzw. an seinem Ventilsitz 6' an (und war somit der Übertritt 3 zunächst geschlossen), so wird er nunmehr (nach Inbetriebnahme der Sekundärluftpumpe) von dieser Innen-Trennwand 6 und damit von seinem Ventilsitz 6' abgehoben, womit der Übertritt 3 freigegeben wird.
Wie ersichtlich ist, ist die Querschnittsfläche des Zwischentellers 9 geringer als diejenige der Membran 13, so daß über dieses Flächenverhältnis unter Zwischenschaltung der Übersetzungskammer 12 quasi eine Übersetzung des an die Membran 13 von der Seite der Ventil-Steuerkammer 14 her angelegten Überdrucks im Hinblick auf eine vergrößerte auf den Zwischenteller 9 einwirkende Kraft erfolgt. Unter Ausnutzung dieser Kraft-Übersetzung genügt daher bereits ein relativ geringer Überdruck, um den Ventilkörper 4 gegen die Kraft des Federelementes 17 im Öffnungssinne zu betätigen.
Allerdings kann dieses soeben erläuterte (und durch die Übersetzungskammer 12 realisierte) Übersetzungsverhältnis nicht allzu groß gewählt werden, da mit dieser geschilderten Kraft-Übersetzung selbstverständlich eine Verringerung des erzielbaren Ventilhubes des Ventilkörpers 4 einhergeht. Eine relativ große Auslenkung der Membran 13 entgegen Pfeilrichtung 5 (nach unten) ergibt somit nurmehr eine reduzierte (gleichgerichtete) Bewegungsstrecke für den Zwischenteller 9 sowie für den Ventilkörper 4. Aus diesem Grunde kann in einer alternativen (figürlich nicht dargestellten) Ausführungsform die Übersetzungskammer 12 auch überhaupt nicht vorgesehen sein. In dieser alternativen Ausführungsform ist dann die den Ventilkörper 4 tragende Betätigungsstange 8 direkt mit der Membran 13 verbunden bzw. direkt an dieser Membran 13 angelenkt bzw. befestigt. Dann wird eine durch Druckbeaufschlagung der Ventil-Steuerkammer 14 hervorgerufene Verschiebung der Membran 13 bzw. des Zentrums der Membran 13 gegen Pfeilrichtung 5 im Verhältnis 1:1 auf den Ventilkörper 4 übertragen. Selbstverständlich muß hierfür der in die Ventil-Steuerkammer 14 eingeleitete Steuerdruck bzw. Überdruck eine ausreichende Höhe besitzen, um diese Verschiebebewegung gegen die Federkraft des Federelementes 17 einleiten zu können.
In noch einer weiteren alternativen (ebenfalls nicht figürlich dargestellten) Ausführungsform kann das Übersetzungsverhältnis durch die dann wieder vorhandene Übersetzungskammer 12 so ausgebildet werden, daß ein relativ geringer Verschiebeweg der Membran 13 gegen Pfeilrichtung 5 in einen demgegenüber größeren Verschiebeweg des Zwischentellers 9 und somit auch des Ventilkörpers 4 übersetzt wird. Eine derartige Gestaltung, nach welcher die Querschnittsfläche des Zwischentellers 9 größer als diejenige der Membran 13 wäre, kann im Hinblick auf eine hohe Durchströmrate des Sekundärluftventiles wünschenswert sein. Selbstverständlich muß hierfür dann der in die Ventil-Steuerkammer 14 eingeleitete Steuerdruck bzw. Überdruck eine ausreichende Höhe besitzen, um diese streckenmäßig relativ große Verschiebebewegung gegen die Federkraft des Federelementes 17 einleiten zu können.
Aus den bisherigen Erläuterungen wird ersichtlich, daß die betragsmäßige Höhe des in die Ventil-Steuerkammer 14 im Hinblick auf eine Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 4 einzubringenden Überdrucks eine wesentliche bzw. kritische Größe darstellt, insbesondere da - wie vor dieser Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles eingangs erläutert wurde - das Federelement 17 hinsichtlich seiner Kraftentfaltung so auszulegen ist, daß in denjenigen Betriebszuständen, in denen das Sekundärluftventil geschlossen bleiben soll, der Ventilkörper 4 tatsächlich sicher und stets in seiner geschlossenen Position gehalten wird.
Damit nun Unterdruckspitzen, die bekanntlich in der Abgasanlage einer Brennkraftmaschine aufgrund der dort anzutreffenden Abgaspulsationen auftreten können, nicht von sich aus eine Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 4 einleiten können, sind am erfindungsgemäßen Sekundärluftventil die weiteren folgenden Maßnahmen vorgesehen:
Vom Ausgang 2 des Sekundärluftventiles zweigt eine in der Umgebung mündende sog. Ausgleichsleitung 21 ab, die von einem mit dem Ventilkörper 4 starr verbundenen und somit bewegbar angeordneten Ausgleichskörper 22 verschlossen ist. Dabei ist hier an der der Membran 13 abgewandten Seite des Ventilkörpers 4 eine den Ausgleichskörper 22 tragende sog. Ausgleichsstange 8' vorgesehen. Wie ersichtlich handelt es sich hier bei der Ausgleichsstange 8' sowie bei der Betätigungsstange 8 um ein einziges (gemeinsames) Bauteil, d.h. die Betätigungsstange 8 setzt sich geradlinig bis zum Ausgleichskörper 22 hin fort bzw. die Ausgleichsstange 8' setzt sich geradlinig bis zum Zwischenteller 9 hin fort, jedoch kann dies auch anders gestaltet sein.
Wie ersichtlich ist die freie Querschnittsfläche des Ausgleichskörpers 22 im wesentlichen gleich der freien Querschnittsfläche des Ventilkörpers 4. Wirkt somit auf die (hier untere) dem Ausgang 2 zugewandte Oberfläche 4a des Ventilkörpers 4 Unterdruck ein, der von der an den Ausgang 2 angeschlossenen Brennkraftmaschinen-Abgasanlage kommend bis zu dieser Oberfläche 4a weitergeleitet wird, so wirkt der gleiche Unterdruck auch auf die dem Ventilkörper 4 sowie dem Ausgang 2 zugewandte und somit der Umgebung abgewandte Oberfläche 22a des Ausgleichskörpers 22 ein. Bei stillgesetzter Sekundärluftpumpe - (in diesem Fall liegt am Eingang 1 Umgebungsdruck vor) - herrschen an den beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen 4a und 22a die gleichen Druckverhältnisse, so daß die von einem ggf. vorliegenden Unterdruck auf den Ventilkörper 4 gegen Pfeilrichtung 5 wirkende Kraft durch die auf den Ausgleichskörper 22 in Pfeilrichtung 5 wirkende Kraft kompensiert bzw. aufgehoben wird. Auf diese Weise können Unterdruckspitzen, die im Ausgang 2 auftreten bzw. vorliegen, den Ventilkörper 4 bzw. das Sekundärluftventil nicht mehr öffnen.
Aus den Erläuterungen des letzten Absatzes ergibt sich ganz klar, daß in Folge dieser Gestaltung das den Ventilkörper 4 in seiner Schließposition haltende Federelement 17 somit schwächer ausgebildet werden kann, als wenn der Ausgleichskörper 22 sowie die diesen aufnehmende, vom Ausgang 2 abzweigende und in der Umgebung mündete Ausgleichsleitung 21 nicht vorhanden wären. Somit ist insgesamt ein betragsmäßig geringerer Überdruck in der Ventil-Steuerkammer 14 erforderlich, wenn der Ventilkörper 4 bzw. das Sekundärluftventil geöffnet werden soll. Somit wird durch diese Gestaltung die der vorliegenden Erfindung gestellte Aufgabe in hervorragender Weise gelöst. Dabei können selbstverständlich eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. So empfiehlt es sich beispielsweise, am Zwischenteller 9 sowie am Ausgleichskörper 22 jeweils an deren Rändern geeignete Dichtungen vorzusehen, die eine ausreichende Abdichtung i.V.m. der den Zwischenteller 9 führenden zylindrischen Seitenwand 10 bzw. mit der den Ausgleichskörper 22 führenden Wand der Ausgleichsleitung 21 sicherstellen. Ferner kann zur Unterstützung einer Öffnungsbewegung des Ventilkörpers 4 an den sog. Entlüftungskanal 18 auch Unterduck angelegt werden.
Bezugszeichenliste:
1
Eingang
2
Ausgang
3
Übertritt
4
Ventilkörper
4a
Oberfläche (von 4)
5
Pfeilrichtung
6
Innen-Trennwand
6'
Ventilsitz
7
Gehäuse (des Sekundärluftventiles)
8
Betätigungsstange
8'
Ausgleichsstange
9
Zwischenteller
10
zylindrische Seitenwand (von 11)
11
Federkammer
12
Übersetzungskammer
13
Membran
14
Ventil-Steuerkammer
15
Deckelteil (des Sekundärluftventiles)
16
Bodenplatte (von 11)
17
Federelement
18
Entlüftungskanal
19
Eintrittsstutzen (in 15 für 14)
20
Steuerleitung (von 1 zu 19)
21
Ausgleichsleitung
22
Ausgleichskörper
22a
Oberfläche (von 22)

Claims (3)

  1. Sekundärluft-Ventil zur Zuführung von Zusatzluft zum Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, dessen Eingang (1) mit der Förderseite einer Luftpumpe und dessen Ausgang (2) mit der Abgasanlage der Brennkraftmaschine verbunden ist, und wobei der einen Übertritt (3) vom Eingang (1) zum Ausgang (2) steuernde Ventilkörper (4) des Sekundärluftventiles durch ein Federelement (17) in seiner geschlossenen Position gehalten wird und mittels einer in einer Ventil-Steuerkammer (14) angeordneten Membran (13) durch Beaufschlagen einer Seite dieser Membran (13) mit von der Luftpumpe bereitgestelltem Überdruck geöffnet wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß vom Ausgang (2) des Sekundärluftventiles eine in der Umgebung mündende Ausgleichsleitung (21) abzweigt, die von einem mit dem Ventilkörper (4) starr verbundenen und somit bewegbar angeordneten Ausgleichskörper (22) verschlossen ist.
  2. Sekundärluft-Ventil nach Anspruch 1, insbesondere wobei der Ventilkörper (4) über eine Betätigungsstange (8) mit der Membran (13) verbunden und somit in Längsrichtung dieser Betätigungsstange (8) von seinem Ventilsitz (6') abhebbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß an der der Membran (13) abgewandten Seite des Ventilkörpers (14) eine den Ausgleichskörper (22) tragende Ausgleichsstange (8') vorgesehen ist.
  3. Sekundärluft-Ventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (4) über eine Betätigungsstange (8) mit einem Zwischenteller (9) verbunden und in Längsrichtung dieser Betätigungsstange (8) von seinem Ventilsitz (6') abhebbar ist, wobei der Zwischenteller (9) sowie die Membran (13) eine mit einem Fluid befüllte Übersetzungskammer (12) begrenzen und die Querschnittsfläche des Zwischentellers (9) ungleich derjenigen der Membran (13) ist.
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