DE102007049171B4 - Abgasstrang für eine Brennkraftmaschine mit diagnosefähigem Absperrventil sowie diagnosefähiges Absperrventil - Google Patents
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Abstract
Absperrventil zur Verwendung in einem Abgasstrang, enthaltendein Gehäuse,einem ersten ringförmigen Ventilsitz (24) und einem zweiten ringförmigen Ventilsitz (26), die in Strömungsrichtung beabstandet sind,eine zum Absperren bzw. Öffnen des Absperrventils betätigbare Ventilgliedbaugruppe (31, 34, 36) mit zwei Ventilkörpern (34, 36), die bei abgesperrtem Absperrventil an je einem der Ventilsitze (24, 26) anliegen, undeinen zwischen den Ventilsitzen (24, 26) und/oder Ventilkörpern (34, 36) ausgebildeten Diagnoseraum (38), der bei geschlossenem Absperrventil und dichtend an den Ventilsitzen (24, 26) anliegenden Ventilkörpern (34, 36) nur über eine Diagnoseleitung (40) zugänglich ist,wobeidie Ventilkörper (34, 36) starr mit einem Ventilschaft (31) verbunden sind,an dem Gehäuse starr der erster ringförmiger Ventilsitz (24) ausgebildet ist, der integral mit dem Gehäuse oder durch ein gesondertes Bauteil, das starr mit dem Gehäuse verbunden ist, ausgebildet ist,an dem Gehäuse weiter der zweite ringförmige Ventilsitz (26), der gleichachsig mit dem ersten Ventilsitz (24) ist, axial beweglich gehalten ist, wobei der zweite Ventilsitz (26) starr an einem Ringteil (28) ausgebildet ist, das gegen die Kraft einer Feder (30) und unter Abdichtung gegen das Gehäuse (22) axial beweglich ist, wobei das Ringteil (28) mittels der Feder (30) in Richtung des ersten Ventilsitzes (24) vorgespannt ist und in einem Zustand, in dem einer der Ventilkörper (36) dichtend an dem ersten Ventilsitz (24) anliegt, das Ringteil (28) mit dem zweiten Ventilsitz (26) mittels der Feder (30) dichtend an den anderen Ventilkörper (34) gedrückt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Abgasstrang für eine Brennkraftmaschine, der einen Katalysator und eine den Katalysator umgehende Bypassleitung enthält, die mit einem diagnosefähigen Absperrventil absperrbar ist. Die Erfindung betrifft weiter ein diagnosefähiges Absperrventil.
- Für in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine enthaltene Katalysatoren besteht aus Gründen möglichst weitgehender Abgasreinigung der Wunsch nach kleinem Durchmesser und hoher Zellenzahl. Aus Leistungsgründen, insbesondere um nicht einen zu hohen Abgasgegendruck aufzubauen, sind ein großer Durchmesser und niedrige Zellenzahl vorteilhaft.
- Zur zumindest teilweisen Auflösung dieses Zielkonfliktes werden Abgasstränge, insbesondere solche mit mehreren Katalysatoren, mit einer wenigstens einen der Katalysatoren umgehenden Bypassleitung versehen, die in bestimmten Betriebszuständen mittels eines Absperrventils absperrbar ist, so dass in diesen Betriebszuständen das gesamte Abgas alle Katalysatoren durchströmt, wohingegen in anderen Betriebszuständen ein Teil des Abgases durch die Bypassleitung strömt und somit den umströmten Katalysator umgeht.
- Aus der
DE 25 32 838 A1 ist ein Absperrventil bekannt, mit dem verhindert werden soll, dass sich durch das Absperrventil voneinander getrennte Medien in Rohrleitungen miteinander vermischen. Dieses Absperrventil weist zwei Ventilssitze auf, die in Strömungsrichtung des bei offenem Absperrventil durch sie hindurch strömenden Mediums beabstandet sind. Weiter enthält das Absperrventil einen Ventilschaft, an dem ein Ventilteller starr und ein anderer Ventilteller gegen Kraft einer Feder beweglich angebracht sind. Durch Betätigen des Ventilschaftes sind die Ventilteller gleichzeitig in Anlage an die Ventilsitze bringbar. Der Raum zwischen den Ventilsitzen kann mit von extern und durch einen Zwischenraum zwischen dem Ventilschaft und dem an diesem beweglich geführten Ventilteller zugeleiteter Flüssigkeit gespült werden. - Aus der
DE 22 62 727 A ist ein insbesondere für Gasfeuerungsanlagen verwendbares Absperrventil bekannt, das zwei Ventilsitze enthält, die in Strömungsrichtung des durch sie hindurch strömenden Mediums beabstandet sind. Weiter sind zwei konzentrisch zueinander angeordnete Ventilkörper vorgesehen, die relativ zueinander verschiebbar sind und in einer Schließstellung dichtend an jeweils einem der Ventilsitze anliegen. Zwischen den Ventilsitzen bzw. den Ventilkörpern ist ein Diagnoseraum ausgebildet, der über eine Diagnoseleitung von Außen zugänglich ist, wobei diese Diagnoseleitung bei dichtend an den Ventilsitzen anliegenden Ventilkörpern der einzige Zugang zu dem Diagnoseraum ist. Durch Beaufschlagung der Diagnoseleitung mit Unterdruck kann dann festgestellt werden, ob das Ventil zuverlässig schließt, indem beispielsweise bei gegebener Förderleistung einer Unterdruckpumpe innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ein vorbestimmter Unterdruck erreicht wird oder ein erreichter vorbestimmter Unterdruck innerhalb eines bestimmten Zeitraums um weniger als ein vorbestimmter Wert abnimmt. - Weitere Abgasstränge und Absperrventile sind aus der
EP 1 835 140 A2 , derJP H04-17714A DE 198 22 424 A1 , derDE 199 57 306 A1 , derUS 3 344 807 A und derUS 2003/0011136 A1 - Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein in seinem Aufbau einfaches und sicher diagnosefähiges Absperrventil zu schaffen.
- Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, einen Abgasstrang der vorbeschriebenen Art derart weiterzubilden, dass das Absperren der Bypassleitung diagnosefähig ist, das heißt mittels einer Diagnose festgestellt werden kann, ob tatsächlich das gesamte Abgas durch den bzw. die im Abgasstrang vorhandenen bzw. vorhandene Katalysator(en) strömt.
- Diese Aufgabe wird mittels eines Absperrventils nach Anspruch 1 und eines Abgasstrangs gemäß dem Anspruch 4 gelöst.
- Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgasstrangs gerichtet.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
- In den Figuren stellen dar:
-
1 eine erste Ausführungsform eines Abgasstrangs mit Absperrventil, -
2 eine zweite Ausführungsform eines Angasstrangs mit Absperrventil, -
3 eine Prinzipansicht eines erfindungsgemäßen Absperrventils, -
4 eine Teilansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Absperrventils, und -
5 eine Prinzipansicht eines weiteren Beispiels eines Absperrventils mit dessen Betätigungseinrichtung, das nicht alle beanspruchten Merkmale zeigt. - Gemäß
1 weist ein Abgasstrang einer Brennkraftmaschine eine Abgasleitung10 auf, in der hintereinander ein Vorkatalysator12 und ein Hauptkatalysator14 angeordnet sind. Parallel zum Vorkatalysator12 ist eine Bypassleitung16 vorgesehen, in der ein Absperrventil18 angeordnet ist. - Zur Vermeidung von hohem Abgasgegendruck beispielsweise im Bereich hoher Leistungen der nicht dargestellten Brennkraftmaschine kann der Vorkatalysator
12 durch Öffnen des Absperrventils18 zumindest von einem Teil der Abgase umströmt werden. In bestimmten Betriebszuständen ist jedoch erforderlich, dass das gesamte Abgas sowohl durch den Vorkatalysator12 als auch durch den Hauptkatalysator14 strömt. Um das sicherzustellen, muss das Absperrventil18 diagnosefähig sein, das heißt es muss sicher feststellbar sein, ob das Absperrventil18 dicht ist. -
2 zeigt eine gegenüber1 abgeänderte Ausführungsform eines Abgasstrangs, bei der in der Abgasleitung10 strömungsoberhalb des Vorkatalysators12 die Abgasturbine20 eines Abgasturboladers angeordnet ist. Die Bypassleitung16 umgeht sowohl die Abgasturbine20 als auch den Vorkatalysator12 . Bei dem Abgasstrang gemäß2 kann das Absperrventil18 die Funktion eines Bypassventils übernehmen, dessen Öffnung eine Aufladung der nicht dargestellten Brennkraftmaschine über den mit der Abgasturbine20 verbundenen Abgasturbolader in bestimmten Betriebszuständen vermindert. -
3 zeigt schematisch den Aufbau eines diagnosefähigen Absperrventils18 . An einem durch Strichlierung nur angedeuteten Gehäuse22 ist starr ein erster ringförmiger Ventilsitz24 ausgebildet. Der Ventilsitz24 kann integral mit dem Gehäuse ausgebildet sein oder durch ein gesondertes Bauteil gebildet sein, das starr mit dem Gehäuse verbunden ist. Weiter ist an dem Gehäuse22 ein zweiter ringförmiger Ventilsitz26 , der gleichachsig mit dem ersten Ventilsitz24 ist, axial beweglich gehalten. Die Ventilsitze24 und26 sind in Richtung des durch sie hindurchströmenden Abgases, bzw. axial voreinander entfernt. Der zweite Ventilsitz26 ist starr an einem vorzugsweise zylindrischen Ringteil28 ausgebildet, das gegen Kraft einer Feder30 und unter Abdichtung gegen das Gehäuse22 axial beweglich ist. - Zur Betätigung des Absperrventils
18 ist ein beispielsweise mittels eines an sich bekannten Aktors in Richtung des Doppelpfeils beweglicher Ventilschaft31 vorgesehen, der mittels einer Dichtung32 abgedichtet durch das Gehäuse22 hindurchgeführt ist. An dem Ventilschaft31 sind starr zwei als Ventilteller ausgebildete Ventilkörper34 und36 in einem gegenseitigen Abstand befestigt, der etwa dem Abstand der Ventilsitze entspricht. - Wie unmittelbar aus
3 ersichtlich, sind die Ventilkörper34 und36 durch Aufwärtsbewegung des Ventilschaftes30 gleichzeitig in dichtende Anlage an die Ventilsitze24 und26 bewegbar, wobei Toleranzen, Verschleiß usw. durch die gegen die Kraft der Feder30 gegebene Verschiebbarkeit des Ringteils28 bzw. des starr mit diesem verbundenen zweiten Ventilsitzes26 ausgeglichen werden. - Wie aus
3 weiter ersichtlich, ist bei geschlossenem Absperrventil18 zwischen den Ventilsitzen24 und26 bzw. den Ventilkörpern34 und36 im Gehäuse22 ein Diagnoseraum38 ausgebildet, der durch dichtende Anlage zwischen den Ventilkörpern und dem Ventilsitz gegenüber der Bypassleitung16 abgedichtet ist und von dem in den Außenraum eine Diagnoseleitung40 abgeht. Bei Unterdruckbeaufschlagung der Diagnoseleitung40 stellt sich dieser Unterdruck auch in dem Diagnoseraum38 ein, wenn beide Ventilkörper dichtend an den zugehörigen Ventilsitzen anliegen. Somit kann die Dichtheit des Absperrventils diagnostiziert werden, indem die Diagnoseleitung40 mit Unterdruck beaufschlagt wird und sich bei gegebener Pumpleistung einer nicht dargestellten Unterdruckpumpe innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums ein vorbestimmter Unterdruck einstellt oder nach Erreichen eines vorbestimmten Unterdrucks dieser Unterdruck innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums nicht rascher als ein vorbestimmter Wert abfällt. Die Diagnose der Dichtheit des Absperrventils ist auch auf andere Weise möglich, indem beispielsweise in der Diagnoseleitung40 abgesaugt wird und das abgesaugte Gas auf Bestandteile analysiert wird, die auch in dem durch die Leitung10 strömenden Abgas enthalten sind. Alternativ kann der Diagnoseraum38 durch die Diagnoseleitung40 hindurch von einer Druckpumpe mit Überdruck beaufschlagt werden und die Dichtheit dadurch festgestellt werden, dass der Zeitverlauf des Aufbaus des Überdrucks und/oder dessen Spitzenwert und/oder, beispielsweise nach Absperren der Diagnoseleitung am pumpenseitigen Ende, der Abfall des Überdrucks diagnostiziert werden. -
4 zeigt einen Detailschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform eines Absperrventils, wobei für funktional den Bauteilen der3 entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. - Das Gehäuse ist dreiteilig mit einem Oberteil 28a, einem Mittelteil 28b und einem Unterteil 28c ausgebildet, die beispielsweise über Schraubbolzen miteinander verbunden sein können. Das Mittelteil 28b ist ringförmig und mit dem ersten Ventilsitz
24 ausgebildet. Das Oberteil 28a weist eine Ringnut42 auf, an deren radial innerer Wand das Ringteil28 geführt ist, das mit dem zweiten Ventilsitz26 ausgebildet ist. In der Ringnut42 ist die Feder30 aufgenommen, die als Wellbalgfeder ausgebildet ist, so dass einerseits eine Abdichtung zwischen dem Ringteil28 und dem Gehäuseoberteil 28a erzielt wird und andererseits das Ringteil28 mit einer Kraft in Richtung auf das Gehäusemittelteil 28b vorgespannt ist. Das Ringteil28 , das Gehäuseoberteil 28a und das Gehäusemittelteil 28b sind derart aufeinander abgestimmt, dass das Ringteil28 gegen die Kraft der Feder30 nicht nur axial bewegbar ist, sonder in einem gewissen Ausmaß auch radial bewegbar ist, so dass Toleranzen bzw. Fehlausrichtungen zwischen dem Ventilkörper34 und dem Ventilsitz26 ausgeglichen werden können. - Im dargestellten Beispiel sind die Ventilkörper
34 und36 einteilig mit dem Schaft derart ausgebildet, dass zwischen den an den Ventilsitzen24 und26 anliegenden Bereichen ein Ringraum gebildet ist, der den Diagnoseraum38 bildet. Optional kann im Bereich des Ringraums wenigstens eine Bohrung zentral durch das Ventilglied31 ,34 ,36 hindurchführen. Die Diagnoseleitung40 geht als Bohrung von dem Gehäuseunterteil 28c im Bereich des Diagnoseraums38 ab. - Die Funktion des Absperrventils gemäß
4 entspricht der der3 . -
5 zeigt eine gegenüber den3 und4 abgeänderte Beispiel eines Absperrventils mit zugehöriger Betätigungseinrichtung, wobei wiederum für sich funktional entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind wie in3 und4 . - Gemäß
5 ist der Ventilkörper36 , der mit dem zweiten Ventilsitz26 zusammenarbeitet, starr mit einem Schaft 31a verbunden, der starr mit einem Kolben44 verbunden ist, der in einer Kolben-/Zylindereinheit46 arbeitet. Der Ventilkörper34 ist starr mit einem hohlen Schaft 31b verbunden, durch den sich der Ventilschaft 31a hindurch erstreckt und der starr mit einem weiteren Kolben48 verbunden ist, der in der Kolben-/Zylindereinheit46 arbeitet. Das Gehäuse der Kolben-/Zylindereinheit46 weist eine Trennwand50 auf, durch die hindurch sich der innere Ventilschaft 31a erstreckt und zwischen der und dem Kolben44 eine Druckfeder52 angeordnet ist. - Zwischen dem Kolben
48 und einer Bodenwand des Gehäuses der Kolben-/Zylindereinheit46 ist eine weitere Druckfeder54 angeordnet. - An oberhalb der Kolben
44 und48 innerhalb der Kolben-/Zylindereinheit46 ausgebildete Arbeitskammern ist eine Druckleitung56 angeschlossen, bei deren Druckbeaufschlagung das durch die Ventilsitze24 und26 und die Ventilkörper34 und36 gebildete Absperrventil18 öffnet. - Dichtungen
32 ,56 bzw.58 dienen zur Abdichtung der Durchführung des hohlen Ventilschaftes 31b durch das Gehäuse28 , des inneren Ventilschaftes 31a gegen den hohlen Ventilschaft 31b bzw. die Abdichtung des Ventilschaftes 31a gegenüber der Trennwand50 . - Im Gegensatz zu den Ausführungsformen gemäß
3 und4 können bei dem Absperrventil gemäß der5 die Ventilsitze starr mit dem Gehäuse28 verbunden sein. - Während bei der Ausführungsform des Absperrventils gemäß
3 und4 der Toleranzausgleich durch die Verschiebbarkeit wenigstens einer der Ventilsitze gegenüber dem Gehäuse erzielt wird und bei der Ausführungsform gemäß5 ein Toleranz- und Verschleißausgleich durch die getrennte Betätigung der Ventilkörper34 und36 erfolgt, kann ein Toleranz- bzw. Verschleißausgleich auch dadurch erfolgen, dass die Ventilkörper34 und36 zwar gemeinsam betätigt werden, jedoch einer der Ventilkörper an dem anderen Ventilkörper verschiebbar und elastisch vorgespannt sowie unter Abdichtung gehalten ist, so dass über die relative Beweglichkeit der Ventilkörper zueinander ein Toleranz- bzw. Verschleißausgleich möglich ist. - Die vorstehend beispielhaft geschilderten Ausführungsformen können in unterschiedlicher Weise miteinander kombiniert und abgeändert werden, wobei jeweils wichtig ist, dass die Abdichtung von relativ zueinander beweglichen Teilen derart erfolgt, dass bei dichtender Anlage der Ventilkörper an den Ventilsitzen der Diagnoseraum
38 nicht vom Inneren der Bypassleitung16 aus zugänglich ist, sondern nur durch die nach außen führenden Diagnoseleitung40 hindurch. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Abgasleitung
- 12
- Vorkatalysator
- 14
- Hauptkatalysator
- 16
- Bypassleitung
- 18
- Absperrventil
- 20
- Abgasturbine
- 22
- Gehäuse
- 24
- erster Ventilsitz
- 26
- zweiter Ventilsitz
- 28
- Ringteil
- 30
- Feder
- 31
- Ventil schaft
- 32
- Dichtung
- 34
- Ventilkörper
- 36
- Ventilkörper
- 38
- Diagnoseraum
- 40
- Diagnoseleitung
- 42
- Ringnut
- 44
- Kolben
- 46
- Kolben-/Zylindereinheit
- 48
- Kolben
- 50
- Trennwand
- 52
- Druckfeder
- 54
- Druckfeder
- 56
- Dichtung
- 58
- Dichtung
Claims (6)
- Absperrventil zur Verwendung in einem Abgasstrang, enthaltend ein Gehäuse, einem ersten ringförmigen Ventilsitz (24) und einem zweiten ringförmigen Ventilsitz (26), die in Strömungsrichtung beabstandet sind, eine zum Absperren bzw. Öffnen des Absperrventils betätigbare Ventilgliedbaugruppe (31, 34, 36) mit zwei Ventilkörpern (34, 36), die bei abgesperrtem Absperrventil an je einem der Ventilsitze (24, 26) anliegen, und einen zwischen den Ventilsitzen (24, 26) und/oder Ventilkörpern (34, 36) ausgebildeten Diagnoseraum (38), der bei geschlossenem Absperrventil und dichtend an den Ventilsitzen (24, 26) anliegenden Ventilkörpern (34, 36) nur über eine Diagnoseleitung (40) zugänglich ist, wobei die Ventilkörper (34, 36) starr mit einem Ventilschaft (31) verbunden sind, an dem Gehäuse starr der erster ringförmiger Ventilsitz (24) ausgebildet ist, der integral mit dem Gehäuse oder durch ein gesondertes Bauteil, das starr mit dem Gehäuse verbunden ist, ausgebildet ist, an dem Gehäuse weiter der zweite ringförmige Ventilsitz (26), der gleichachsig mit dem ersten Ventilsitz (24) ist, axial beweglich gehalten ist, wobei der zweite Ventilsitz (26) starr an einem Ringteil (28) ausgebildet ist, das gegen die Kraft einer Feder (30) und unter Abdichtung gegen das Gehäuse (22) axial beweglich ist, wobei das Ringteil (28) mittels der Feder (30) in Richtung des ersten Ventilsitzes (24) vorgespannt ist und in einem Zustand, in dem einer der Ventilkörper (36) dichtend an dem ersten Ventilsitz (24) anliegt, das Ringteil (28) mit dem zweiten Ventilsitz (26) mittels der Feder (30) dichtend an den anderen Ventilkörper (34) gedrückt wird.
- Absperrventil nach
Anspruch 1 , bei dem das Gehäuse mindestens aus einem Oberteil (28a) und einem Mittelteil (28b), die starr miteinander verbunden sind, ausgebildet ist, das Mittelteil (28b) ringförmig und mit dem ersten Ventilsitz (24) ausgebildet ist, das Oberteil (28a) eine Ringnut (42) aufweist, an deren radial innerer Wand das Ringteil (28) geführt ist, das mit dem zweiten Ventilsitz (26) ausgebildet ist, in der Ringnut (42) die Feder, die als Wellbalgfeder ausgebildet ist, aufgenommen ist, so dass einerseits eine Abdichtung zwischen dem Ringteil (28) und dem Gehäuseoberteil (28a) erzielt wird und andererseits das Ringteil (28) mittels der Feder in Richtung auf das Gehäusemittelteil (28b) vorgespannt ist. - Absperrventil nach
Anspruch 2 , bei dem das Ringteil (28), das Gehäuseoberteil (28a) und das Gehäusemittelteil (28b) derart aufeinander abgestimmt sind, dass das Ringteil (28) nicht nur axial bewegbar gegen die Kraft der Feder (30) ist, sondern zum Ausgleich von Toleranzen und Fehlausrichtungen zwischen dem Ventilkörper (34) und dem Ventilsitz (26) in einem gewissen Ausmaß auch radial bewegbar ist. - Abgasstrang für eine Brennkraftmaschine, welcher Abgasstrang einen Katalysator (12, 14) und eine den Katalysator umgehende Bypassleitung (16) enthält, und wobei die umgehende Bypassleitung (16) ein Absperrventil (18) nach einem der
Ansprüche 1 bis3 enthält und mit diesem absperrbar ist. - Abgasstrang nach
Anspruch 4 , enthaltend einen Vorkatalysator (12) und einen Hauptkatalysator (14), wobei die das Absperrventil (18) enthaltende Bypassleitung (16) den Vorkatalysator umgeht. - Abgasstrang nach
Anspruch 5 , wobei strömungsoberhalb des Vorkatalysators (12) die Abgasturbine eines Abgasturboladers (20) angeordnet ist und die Bypassleitung (16) die Abgasturbine und den Vorkatalysator umgeht.
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