DE10315886A1 - Sekundärluftventil - Google Patents

Abstract

Es wird ein Sekundärluftventil (10) zum Zuführen von Sekundärluft zu einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, mit einem Eingang (12), der mit der Förderseite einer Luftpumpe verbunden ist, einem Ausgang (14), der mit der Abgasleitung verbunden ist, einer ersten Ventilöffnung (16), die zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Sekundärluftventils angeordnet ist, und einem ersten Ventilteller (18) zum Öffnen und Verschließen der ersten Ventilöffnung. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist bei dem Sekundärluftventil vorgesehen, dass zwischen der ersten Ventilöffnung (16) und dem Ausgang (14) des Sekundärluftventils (10) eine zweite Ventilöffnung (24) angeordnet ist, welche mit einem zweiten Ventilteller (26) zum Öffnen und Verschließen derselben versehen ist. DOLLAR A Anwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Sekundärluftventil zum Zuführen von Sekundärluft zu einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Ein derartiges Sekundärluftventil ist beispielsweise aus der DE 199 18 470 A1 bekannt. Das bekannte Sekundärluftventil weist einen mit der Vorderseite einer Luftpumpe verbundenen Eingang, einen mit der Abgasleitung verbundenen Ausgang, eine Ventilöffnung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Sekundärluftventils und einen Ventilteller zum Öffnen und Verschließen dieser Ventilöffnung auf. Der Ventilteller ist durch ein Federelement in seine die Ventilöffnung verschließende Stellung vorgespannt. Die Schaltvorrichtung zum Öffnen des Sekundärluftventils weist eine Membran auf, die mit Unterdruck beaufschlagbar ist, um den Ventilteller gegen die Federkraft des Federelements von seinem Ventilsitz abzuheben und damit die Ventilöffnung zu öffnen. Ein Schaltventil zum Erzeugen eines Unterdrucks zum Öffnen eines derartigen Sekundärluftventils ist zum Beispiel aus der DE 199 31 101 A1 bekannt.
• Das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine dient vor allem der Reduzierung der Schadstoffe CO, HC und NO_x in den Abgasen eines Kraftfahrzeugs, wobei die Einleitung der Sekundärluft in die Abgasleitung vor dem Katalysator erfolgt. Das System der Zuführung von Sekundärluft in die Abgasleitung einer Brennkraftmaschine ist dem Fachmann bereits seit langem bekannt; so zeigen zum Beispiel die Druckschriften DE 28 00 190 B2 und DE 43 26 340 C2 ebenfalls ver schiedene Sekundärluftventile zur Steuerung der Zuführung von Sekundärluft in die Abgasleitung zum Zwecke der Schadstoffreduzierung in den Abgasen.
• Der grundsätzliche Aufbau eines herkömmlichen Sekundärluftventils, wie es beispielsweise in der bereits genannten DE 199 18 470 A1 offenbart ist, ist stark vereinfacht in der beiliegenden 2 dargestellt. Das Sekundärluftventil 10 besitzt einen Eingang 12, der mit der Förderseite einer (nicht dargestellten) Luftpumpe oder dergleichen verbunden ist, und einen Ausgang 14, der mit der (nicht dargestellten) Abgasleitung verbunden ist. Zwischen dem Eingang 12 und dem Ausgang 14 des Sekundärluftventils 10 ist eine Ventilöffnung 16 vorgesehen. Diese Ventilöffnung 16 ist mittels eines. Ventiltellers 18 verschließbar, der an einem mittigen Ventilschaft 20 angebracht ist. Der Ventilschaft 20 ist mittels einer Schaltvorrichtung (nicht dargestellt) zum Öffnen und Verschließen der Ventilöffnung 16 in vertikaler Richtung gegen die Kraft eines Federelements bewegbar. Um im geschlossenen Zustand des Sekundärluftventils 10 zu gewährleisten, dass keine Abgase aus der Abgasleitung durch das Sekundärluftventil 10 in die Zuführleitung der Sekundärluft gedrückt werden, ist zwischen dem Ventilteller 18 und dem die Ventilöffnung 16 umgebenden Ventilsitz eine geeignete Dichtung 22 vorgesehen.
• Da die in der Abgasleitung zwischen dem Brennraum und dem Katalysator strömenden Abgase im allgemeinen relativ hohe Temperaturen aufweisen und der Ventilteller 18 mit seiner Ventildichtung 22 zumindest im geöffneten Zustand des Sekundärluftventils 10 mit diesen heißen Abgasen in Kontakt kommen, besteht bei diesem Aufbau eines herkömmlichen Sekundärluftventils 10 das Problem, dass die Dichtung 22 durch die hohen Temperaturen des Abgases auf Dauer beschädigt und damit die Funktionsfähigkeit des Sekundärluftventils 10 beeinträchtigt werden kann.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Sekundärluftventil zum Zuführen von Sekundärluft zu einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine vorzusehen, welche die Funktionsfähigkeit der Dichtung des Sekundärluftventils trotz der hohen Temperaturen der Abgase dauerhaft gewährleistet.
• Diese Aufgabe wird durch ein Sekundärluftventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Das erfindungsgemäße Sekundärluftventil zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der ersten Ventilöffnung, welche der einen Ventilöffnung eines herkömmlichen Sekundärluftventils entspricht und dem Ausgang des Sekundärluftventils eine zweite Ventilöffnung angeordnet ist, welche mit einem zweiten Ventilteller zum Öffnen und Verschließen derselben versehen ist. Durch die zweite Ventilöffnung und den zweiten Ventilteller wird zwischen dem Ausgang des Sekundärluftventils und dem ersten Ventilteller des Sekundärluftventils ein „Isolationsraum" gebildet, der durch die sich in diesem Isolationsraum befindliche Sekundärluft einen Wärmetransfer zwischen den an dem zweiten Ventilteller anstehenden heißen Abgasen und dem ersten Ventilteller behindert bzw. deutlich verringert. Hierdurch wird der im allgemeinen pulsierende, heiße Abgasstrom von den hitzeempfindlichen Bauteilen des Sekundärluftventils, insbesondere von der Dichtung der ersten Ventilöffnung fern gehalten und diese hitzeempfindlichen Bauteile werden nur deutlich geringeren Temperaturen ausgesetzt. Somit wird eine längere Lebensdauer des Sekundärluftventils erzielt bzw. es können andere, weniger hitzeempfindliche und kostengünstigere Materialien verwendet werden.
• Der erste Ventilteller und der zweite Ventilteller können entweder direkt miteinander gekoppelt sein oder alternativ unabhängig voneinander ansteuerbar sein.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Ventilteller und der zweite Ventilteller durch ein Federelement jeweils in ihre geschlossene Stellung vorgespannt, und der erste Ventilteller und der zweite Ventilteller sind mit einer Schaltvorrichtung verbunden, welche einen elektrischen Antrieb, einen pneumatischen Antrieb, einen hydraulischen Antrieb, einen mechanischen Antrieb und/oder eine Unterdruckeinrichtung zum Betätigen des ersten und des zweiten Ventiltellers aufweist.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand zwischen der ersten Ventilöffnung und der zweiten Ventilöffnung und damit die Größe des Isolationsraums in Abhängigkeit von einer gewünschten Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Ventilteller und dem zweiten Ventilteller einstellbar.
• In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Sekundärluftventil vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet, wodurch es besonders kosten- und platzsparend konstruiert werden kann.
• Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sekundärluftventils; und
• 2 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Sekundärluftventils.
• In 1 ist in stark vereinfachter, schematischer Darstellung der Grundaufbau eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Sekundärluftventils gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Einfachheit halber sind in 1 ent sprechende Bauteile wie bei dem herkömmlichen Sekundärluftventil von 2 mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
• Das Sekundärluftventil 10 besitzt einen Eingang 12, der mit der Förderseite einer (nicht dargestellten) Luftpumpe oder dergleichen verbunden ist, und einen Ausgang 14, der mit der Abgasleitung (ebenfalls nicht dargestellt) an einer Stelle zwischen dem Brennraum und dem Katalysator verbunden ist. Als Luftpumpe kann beispielsweise die Frischluftzufuhr der Brennkraftmaschine oder ein separates Sekundärluftgebläse dienen. Zwischen dem Eingang 12 und dem Ausgang 14 des Sekundärluftventils 10 sind eine erste Ventilöffnung 16 und eine zweite Ventilöffnung 24 in dieser Reihenfolge angeordnet. Die erste Ventilöffnung 16, welche der einzigen Ventilöffnung des in 2 dargestellten herkömmlichen Sekundärluftventils entspricht, ist mit einem ersten Ventilteller 18 und einer zugehörigen geeigneten Dichtung 22 verschließbar. Die zweite Ventilöffnung 24 ist mit einem zweiten Ventilteller 26 verschließbar.
• In dem Ausführungsbeispiel von 1 sind der erste Ventilteller 18 und der zweite Ventilteller 26 beide an einem gemeinsamen Ventilschaft 20 vorgesehen. Der Ventilschaft ist mit einer Schaltvorrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt, welche zum Beispiel ein Federelement zum Vorspannen des ersten und des zweiten Ventiltellers 18, 26 in ihre jeweils geschlossene Stellung aufweist. Ferner weist die Schaltvorrichtung einen elektrischen Antrieb, einen pneumatischen Antrieb, einen hydraulischen Antrieb, einen mechanischen Antrieb und/oder eine Unterdruckeinrichtung zum Öffnen des ersten und des zweiten Ventiltellers 18, 26 auf. Der Aufbau und die Funktionsweise der Schaltvorrichtung zur Betätigung des Sekundärluftventils 10 sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, weshalb auf eine detailliertere Beschreibung derselben an dieser Stelle verzichtet wird. Es wird an dieser Stelle vielmehr ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Sekundärluftventil gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer beliebigen Schaltvorrichtung zur Betätigung der beiden Ventil teller 18, 26 funktioniert. Anstelle der direkten Verbindung des ersten und des zweiten Ventiltellers 18, 26 über den gemeinsamen Ventilschaft 20 können die beiden Ventilteller 18 und 26 alternativ auch unabhängig voneinander durch eine geeignete Schaltvorrichtung angesteuert werden. Außerdem können die beiden ventilteller 18 und 26 anstelle über den gemeinsamen Ventilschaft 20 zum Beispiel auch über eine geeignete Hebelkonstruktion miteinander verbunden sein.
• Wie deutlich aus der schematischen Darstellung von 1 ersichtlich, wird durch das Vorsehen der ersten und der zweiten Ventilöffnung 16 und 24 und der entsprechenden Ventilteller 18, 26 ein Zwischenraum 28 gebildet, der als „Isolationsraum" dient. Dieser Isolationsraum 28 ist bei Betrieb des Sekundärluftventils 10 mit Sekundärluft gefüllt, welche eine relativ geringe Wärmekapazität aufweist, sodass ein Wärmetransport von den heißen Abgasen, die den zweiten Ventilteller 26 kontaktieren, zu dem ersten Ventilteller 18 und seiner Dichtung 22 behindert bzw. stark reduziert wird. Hierdurch sind der erste Ventilteller 18 und seine Dichtung 22 dauerhaft deutlich niedrigeren Temperaturen ausgesetzt, was die Lebensdauer der Dichtung 22 deutlich erhöht. Aufgrund der geringeren Anforderungen an die Dichtung 22 können deshalb auch andere und insbesondere kostengünstigere Materialien für die Dichtung verwendet werden.
• Die Konstruktion des gesamten Sekundärluftventils 10 ist vorzugsweise rotationssymmetrisch, sodass der Aufbau des Sekundärluftventils 10 besonders kostengünstig und platzsparend ist. Außerdem ist das Sekundärluftventil 10 der Erfindung sehr kompakt und damit platzsparend ausgebildet.
• Der Ventilteller 26 muß die Ventilöffnung 24 nicht notwendigerweise vollständig, d.h. 100%ig abdichten, da die Dichtfunktion des Sekundärluftventils 10 durch den ersten Ventilteller 18 übernommen wird. Ein gegebenenfalls vorhandener kleiner Spalt zwischen dem zweiten Ventilteller 26 und dem die zweite Ventil öffnung 24 umgebenden Ventilsitz macht die Anordnung dieses Sekundärluftventils 10 vielmehr unempfindlich gegenüber Verschmutzungen.
• Der Abstand zwischen der ersten Ventilöffnung 16 und der zweiten Ventilöffnung 24 bzw. zwischen dem ersten Ventilteller und dem zweiten Ventilteller 26, d.h. die Größe des Isolationsraums 28 kann in Abhängigkeit von der gewünschten Temperaturdifferenz zwischen dem zweiten Ventilteller 26, der direkt mit den heißen Abgasen in Kontakt steht, und dem zweiten Ventilteller 18 und seiner Dichtung 22 eingestellt werden.
• Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass das gemäß der Erfindung aufgebaute Ventil nicht nur als Sekundärluftventil einsetzbar ist, sondern immer dann von Vorteil ist, wenn auf der Ausgangsseite ein Fluid einer hohen Temperatur vorhanden ist.

Claims (7)

1. Sekundärluftventil zum Zuführen von Sekundärluft zu einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine, mit – einem Eingang (12), der mit der Förderseite einer Luftpumpe verbunden ist, – einem Ausgang (14), der mit der Abgasleitung verbunden ist, – einer ersten Ventilöffnung (16), die zwischen dem Eingang (12) und dem Ausgang (14) des Sekundärluftventils (10) angeordnet ist, und – einem ersten Ventilteller (18) zum Öffnen und Verschließen der ersten Ventilöffnung (16), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Ventilöffnung (16) und dem Ausgang (14) des Sekundärluftventils (10) eine zweite Ventilöffnung (24) angeordnet ist, welche mit einem zweiten Ventilteller (26) zum Öffnen und Verschließen derselben versehen ist.
2. Sekundärluftventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilteller (18) und der zweite Ventilteller (26) miteinander gekoppelt sind.
3. Sekundärluftventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilteller (18) und der zweite Ventilteller (26) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
4. Sekundärluftventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilteller (18) und der zweite Ventilteller (26) durch ein Federelement in ihre geschlossene Stellung vorgespannt sind.
5. Sekundärluftventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilteller (18) und der zweite Ventilteller (26) mit einer Schaltvorrichtung verbunden sind, welche einen elektrischen Antrieb, einen pneumatischen Antrieb, einen hydraulischen Antrieb, einen mechanischen Antrieb und/oder eine Unterdruckeinrichtung zum Betätigen des ersten und des zweiten Ventiltellers (18, 26) aufweist.
6. Sekundärluftventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der ersten Ventilöffnung (16) und der zweiten Ventilöffnung (24) in Abhängigkeit von einer gewünschten Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Ventilteller (18) und dem zweiten Ventilteller (26) eingestellt ist.
7. Sekundärluftventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärluftventil (10) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.