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Die
Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 sowie ein Sekundärluftschaltventil gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 13.
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Zur
Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine ist es aus der
DE 26 27 359 A1 bekannt,
mittels eines Sekundärluftzuführ-Systems dem
Abgas Sekundärluft
zuzuführen,
wodurch sich durch weitere exotherme Reaktionen im Abgassystem eine
Reinigung des Abgases und ferner eine Aufheizung eines im Abgassystem
ggf. vorhandenen Katalysators ergibt. Hierzu wird eine Sekundärluftpumpe
verwendet, welche auslaßseitig über ein
Sekundärluftschaltventil
mit einem Abgaskanal verbunden ist. Dieses Sekundärluftschaltventil
ist als Rückschlagventil
ausgebildet und verhindert ein Eindringen von Abgas in den Sekundärluftkanal
in Betriebsphasen, bei denen Sekundärluftpumpe nicht in Betrieb
ist.
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Derartige
Sekundärluftschaltventile
sind beispielsweise aus der
DE
37 31 594 C1 und der
DE 94 15 251 U1 bekannt, wobei die Schaltfunktion
entweder durch einen Unterdruckanschluß oder durch den Überdruck
der Sekundärluft
selbst erfolgt.
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Die
Bauteile des Sekundärluftzuführ-Systems
müssen
vor den heißen
Abgasen geschützt werden,
da diese Bauteile ansonsten einen irreparablen Schaden erleiden
und es ggf. durch Flammenrückschlag
zu einem Motorbrand kommen kann. Hierzu ist es aus der
DE 43 04 144 A1 bekannt,
im Zuführkanal
der Sekundärluft
zwischen der Sekundärpumpe und
einem den Zuführkanal
der Sekundärluft
abschließenden
Rückschlagventil
ein zusätzliches,
von einem Temperatursensor gesteuertes Absperrventil vorzusehen,
welches automatisch den Zuführkanal
der Sekundärluft
abschließt,
falls das Rückschlagventil
eine Fehlfunktion aufweist, beispielsweise weil es undicht ist oder
zerstört
wird.
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Alle
diese bekannten System haben jedoch den Nachteil, daß das Sekundärluftschaltventil
selbst nicht vor den heißen
Abgasen geschützt
ist und deshalb die Gefahr von Schäden mit entsprechenden Fehlfunktionen
groß ist.
Zur Verminderung der Gefahr von Beschädigungen des Sekundärluftschaltventils
ist dieses in den Anordnungen gemäß
DE 43 04 144 A1 und
DE 26 27 359 A1 deshalb über ein Rohrsystem
abgesetzt vom eigentlichen heißen
Abgaskanal angeordnet.
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Dieser
Nachteil wird vermieden bei der Konstruktion nach der gattungsbildenden
DE 23 37 051 A1 ,
bei der zwischen dem Ausgang des Sekundärluftschaltventils einerseits
und dem Abgaskanal andererseits ein Rückschlagventil angeordnet ist,
das sich durch eine hohe Hitzebeständigkeit auszeichnet. Auch
die Lösung
nach der
US 4375746 zeigt
ein derartiges Rückschlagventil.
Gemeinsam ist beiden Konstruktionen eine örtlich getrennte Anordnung
von Sekundärluftschaltventil,
Rückschlagventil
und Abgaskanal, indem zwischen den genannten Bauteilen relativ lange
Leitungen vorgesehen sind. Die beiden Ventile sind in getrennten,
von dem Abgaskanal entfernten Gehäusen vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung
bzw. ein gattungsgemäßes Sekundärluftschaltventil
zu schaffen, die bzw. das ohne Beeinträchtigung der Wirkungsweise
einen kompakten Aufbau aufweisen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 mit den Merkmalen seines Kennzeichens bzw. durch ein Sekundärluftschaltventil
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 13 mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.
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Das
zusätzliche
Rückschlagventil
schützt den
Innenraum des Sekundärluftschaltventils
vor hohen Temperaturen des heißen
Abgases im Abgaskanal und somit vor Beschädigungen durch derartige hohe
Temperaturen in Betriebsphasen, in denen keine Sekundärluft eingespeist
wird. Zum Erzielen eines kleinen Bauraumes ist bei der Erfindung
in vorteilhafter Weise das Sekundärluftschaltventil direkt an
einem Gehäuse
angeordnet, in welchem wenigstens ein Abgaskanal verläuft. Dabei
ist im Gehäuse
ein Verbindungskanal zwischen der Sekundärluftauslassöffnung des
Sekundärluftschaltventils
und dem Abgaskanal ausgebildet, wobei zwecks weiterer Bauraumverringerung
das eine gute thermische Entkopplung zwischen Abgaskanal und Sekundärluftschaltventil
bewirkende zusätzliche
Rückschlagventil im
Verbindungskanal am ventilseitigen Ende, am abgasseitigen Ende und/oder
zwischen Abgaskanal und Sekundärluftschaltventil
angeordnet ist.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das zusätzliche
Rückschlagventil
ein Ventilteller, der die Sekundärluftauslaßöffnung abgasseitig
verschließt.
Hierbei wirkt der Ventilteller in vorteilhafter Weise als Hitzeschild
gegen die heißen Abgastemperaturen.
Diese Anordnung erzielt ferner einen geringen Strömungswiderstand
in eine Richtung und schließt
funktionssicher in eine entgegengesetzte Richtung ab.
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Dadurch,
daß am
Ventilteller ein Stößel befestigt
ist, welcher von einer Zwischenstange des Sekundärluftschaltventil betätigt das
Rückschlagventil wahlweise öffnet oder
schließt,
wird ein nur kleiner Berührungspunkt
zwischen dem Ventilteller als Hitzeschild und dem Sekundärluftschaltventil
erzielt. Dies führt
zu einer verminderter Wärmeleitung
vom Abgaskanal zum Ventilsitz des Sekundärluftschaltventils.
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Ein
einfacher und kostengünstiger
Aufbau und Montage ergibt sich dadurch, daß der Stößel einstückig mit dem Ventilteller bzw.
der Stößel einstückig mit
der Zwischenstange ausgebildet ist.
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In
einer vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich ein einfacher und funktionssicherer
Betätigungsmechanismus
für das
zusätzliche
Rückschlagventil ohne
externe Betätigungsmittel
und zusätzlich
noch kleinerer Kontaktfläche
zwischen Stößel und
Zwischenstange, so daß noch
weniger Wärmeübergang zum
Sekundärluftschaltventil
hin stattfindet, dadurch, daß am
Stößel an einem
vom Ventilteller abgewandten Ende ein erster relativ zum Sekundärluftschaltventil
beweglicher Federteller, befestigt ist, welcher wiederum an einer
Zwischenstange des Sekundärluftschaltventils
anschlägt,
wobei ferner an einem Gehäuseunterteil
im Sekundärluftschaltventil
ein zweiter, den Stößel verschiebbar
umgebender Federteller befestigt ist und sich zwischen den Ventiltellern
eine Feder abstützt.
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Dadurch,
daß das
zusätzliche
Rückschlagventil
eine Platte ist, wobei abgasseitig eine Feder angeordnet ist, welche
diese Platte dichtend auf die Sekundärluftauslaßöffnung drückt, ergibt sich in vorteilhafter
Weise eine gute thermische Isolierung des Innenraumes des Sekundärluftschaltventils
mit wenigen Bauteilen für
das zusätzliche
Rückschlagventil. Dabei
stützt
sich die Feder vorzugsweise an ihrer der Platte abgewandten Seite
in einer Bohrung in einem Gehäuse
des Abgaskanals ab.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das zusätzliche
Rückschlagventil
eine Lamellendichtung, welche in vorteilhafter Weise in einem Verbindungskanal
eines Gehäuses
des Abgaskanals zwischen Abgaskanal und Sekundärluftschaltventil angeordnet
ist. Dies erzielt einen geringen Strömungswiderstand in eine Richtung
und schließt
funktionssicher in eine entgegengesetzte Richtung ab.
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Eine
besonders kostengünstige
und funktionssichere Ausführung
ergibt sich dadurch, daß die Lamellendichtung
in Strömungsrichtung
der Sekundärluft
gesehen folgendes aufweist, ein Stegelement, welches sich senkrecht
zur Strömungsrichtung
der Sekundärluft
durch den Verbindungskanal erstreckt, und ein Lamellenelement, welches
dichtend ineinandergreifende Lamellen aufweist, die sich entgegen der
Strömungsrichtung
der Sekundärluft
am Stegelement abstützen.
Das Stegelement weist dabei bevorzugt mittig eine Querschnittserweiterung
auf und die Lamellenspitzen des Lamellenelementes stützen sich
in vorteilhafter Weise an der Querschnittserweiterung des Stegelementes
ab.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen,
sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der
beigefügten
Zeichnungen. Diese zeigen in
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1 eine
erste bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sekundär luftschaltventils
in teilweise aufgeschnittener Seitenansicht,
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2 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sekundärluftschaltventils
in teilweise aufgeschnittener Seitenansicht,
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3 eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sekundärluftschaltventils
in teilweise aufgeschnittener Seitenansicht,
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4 eine
vierte bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sekundärluftschaltventils
in teilweise aufgeschnittener Seitenansicht,
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5 ein
Lamellenelement einer Lamellendichtung,
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6 ein
Stegelement einer Lamellendichtung und
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7 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung.
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Die
in 1 dargestellte erste bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sekundärluftschaltventils 10 umfaßt ein Ventilgehäuse 12, einen
Lufteinlaß 14 für Sekundärluft 22,
eine Ventilkammer 16, einen Steueranschluß 18 und
eine Zwischenstange 20 des nicht näher dargestellten Ventilmechanismus.
Letzterer wird beispielsweise durch Unterdruck am Anschluß 18 betätigt und öffnet das Ventil 10,
so daß Sekundärluft über den
Lufteinlaß 14 in
bzw. über
das Sekundärluftschaltventil 10 strömen kann.
Das Sekundärluftschaltventil 10 sitzt
auf einem Gehäuse 24 eines
Abgaskanals 28 auf, in dem Abgas 30 strömt. Über einen
Verbindungskanal 26 im Gehäuse 24 ist der Ventilinnenraum 16 mit
dem Abgaskanal 28 verbunden.
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Erfindungsgemäß umfaßt das Sekundärluftschaltventil 10 ein
zusätzliches
Rückschlagventil 32, welches
in dieser Ausführungsform
als Ventilteller 34 mit einem Stößel 36 ausgebildet
ist und den Verbindungskanal 26 gegen den Ventilinnenraum 16 abschließt. Der
Stößel 36 ist
einstückig
mit der Zwischenstange 20 verbunden, so daß bei Betätigen des Sekundärluftschaltventils 10 diese
mit einer Auf- und Abbewegung die Abdichtung durch den Ventilteller 34 des
zusätzlichen
Rückschlagventils 32 wahlweise öffnet oder
schließt.
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Hierbei
bewegt sich die Zwischenstange in der Figur nach unten, wenn das
Sekundärluftschaltventil 10 geöffnet wird
und schiebt somit den Ventilteller 34 nach unten, so daß eine Sekundärluftauslaßöffnung 38 vom
Ventilteller 34 freigegeben wird. Dies ist in der 1 mit
gestrichelten Linien angedeutet. In diesem Zustand strömt Sekundärluft 22 durch
den Verbindungskanal 26 in den Abgaskanal 28 und
führt stromab
im Abgaskanal 28 zu den gewünschten Reaktionen im Abgas 30.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung dieser Ausführungsform zeigt 2.
Hier ist der Stößel 36 nicht einstückig mit
der Zwischenstange 20 ausgebildet sondern trägt an einem
Ende einen ersten Federteller 40. Am in der Figur unteren
Teil des Ventilgehäuses 12 ist
ein zweiter Federteller 42 befestigt, der den Stößel 36 derart
umgibt, daß letzterer
in dem zweiten Federteller 42 verschiebbar ist. Zwischen
den beiden Federtellern 40 und 42 ist, wie in 2 dargestellt, eine
Feder 44 angeordnet. In der dargestellten Ruhestellung
des Sekundärluftschaltventils 10 liegt
kein Unterdruck am Steueranschluß 18 an, die Zwischenstange 20 befindet
sich in ihrer in der Figur obersten Position und die Feder 44 drückt den
ersten Federteller 40 mit dem Stößel 36 in der Figur
nach oben, so daß der
Ventilteller 34 die Sekundärluftauslaßöffnung 38 verschließt.
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3 zeigt
eine dritte bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sekundärluftschaltventil 10.
Hier ist eine Platte 50 in der Figur unterhalb der Sekundärluftauslaßöffnung 38 im
Verbindungskanal 26 in einer erweiterten Bohrung angeordnet.
Eine Feder 52 stützt
sich am in der Figur unteren Ende der erweiterten Bohrung des Verbindungskanals 26 ab
und drückt
die Platte 50 in der Figur nach oben gegen die Sekundärluftauslaßöffnung 38 des Sekundärluftschaltventils 10.
Die Öffnung
des zusätzlichen
Rückschlagventils
wird allein durch den Überdruck
der Sekundärluft 22 bewirkt.
Ohne Zuführen
von Sekundärluft 22 verschließt die Platte 50 unter
der Federkraft die Sekundärluftauslaßöffnung 38 und
schirmt den Ventilinnenraum 16 thermisch gegen den Abgaskanal 28 ab.
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In
einer in 4 dargestellten vierten bevorzugten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sekundärluftschaltventils 10 ist
innerhalb des Verbindungskanals 26 eine Lamellendichtung 60 angeordnet.
Diese öffnet
sich unter dem Überdruck
von in den Abgaskanal 28 strömender Sekundärluft 22,
wie mit gestrichelten Linien dargestellt. In der Gegenrichtung blockiert
ein Aufliegen der Lamellen ein Öffnen
und schirmt so den Ventilinnenraum 16 vom heißen Abgas 30 im
Abgaskanal 28 ab.
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5 und 6 veranschaulichen
einen beispielhaften Aufbau der Lamellendichtung 60. Diese
besteht aus zwei Teilen, einem Lamellenelement 62 (5)
mit Lamellen 64 und einem Stegelement 66 (6)
mit einem Steg 68. In Strömungsrichtung der Sekundärluft 22 gesehen
ist im Verbindungskanal 26 zuerst das Stegelement 66 und
dann das Lamellenelement 62 angeordnet, wie aus 4 ersichtlich.
Bei einem Überdruck
von in der 4 von unten, d.h. bei Überdruck
vom Abgas 30 und ohne Sekundärlufteinspeisung, werden die
Lamellen 64 mit ihren Spitzen gegen ein erweitertes Mittelteil 70 des Steges 68 gedrückt und
die Sekundärluftauslaßöffnung 38 ist
verschlossen und der Ventilinnenraum 16 ist gegen das Abgas 30 bzw.
gegen die hohen Temperaturen des Abgases 30 abgeschirmt.
Wenn umgekehrt Sekundärluft 22 mit Überdruck
durch das Sekundärluftschaltventil 10 gefördert wird,
so öffnen sich
die Lamellen 64 frei in der 4 nach unten
und die Sekundärluftauslaßöffnung 38 ist
offen.
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7 zeigt
in schematischer Darstellung einen Teil einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
In einem Zylinderkopf 72 sind Abgaskanalflansche 74 mit
einem Abgaskanal 28 verbunden. Der Abgaskanal 28 verläuft durch
den Zylinderkopf 72 in ein Gehäuse 24, wo einmal
ein Vorrichtung 76 zur Abgasrückführung, beispielsweise ein AGR-Ventil 76 (Abgasrückführ-Ventil),
und ferner ein erfindungsgemäßes Sekundärluftschaltventil 10 angeordnet
und mit dem Abgaskanal 28 verbunden ist. Die Vorrichtung 76 führt Abgas 30 zu
einem nicht dargestellten Luftansaugort der Brennkraftmaschine zurück, während das
Sekundärluftschaltventil 10 über einen
Lufteinlaß 14 Sekundärluft 22 zuführt. Das Sekundärluftschaltventil 10 ist
mit einem zusätzlichen
Rückschlagventil 32 an
der Sekundärluftauslaßöffnung 38 mit
dem Abgaskanal 28 verbunden. Lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist in 7 das Sekundärluftschaltventil 10 übertrieben weit
entfernt vom Gehäuse 24 dargestellt.
Das Gehäuse 24 ist
beispielsweise ein Kombihalter für
das AGR-Ventil 76 und das Sekundärluftschaltventil 10 und
am Zylinderkopf 72 beispielsweise angeschraubt. Diese Anordnung
gewährleistet
eine entsprechende thermische Abschirmung des Sekundärluftschaltventils 10 gegen
die hohen Temperaturen des heißen
Abgases 30, welches im Bereich der Abgaskanalflansche 74 beispielsweise
ein Temperatur von 350 Grad Celsius aufweist.