DE4402137A1 - Aggregat zum Erzeugen eines Frischluftstromes - Google Patents

Description

Stand der Technik

Es sind zwei Methoden bekannt, um die Wirkung des geregelten Dreiwege-Katalysators zu erhöhen, nämlich die Abgasrückführung und die Sekundärluftzuführung. Diese Methoden minimieren die Entstehung von Stickoxiden bzw. reduzieren den Gehalt an Kohlenstoffmonoxiden und Kohlenstoffwasserstoffen bevor das Abgas überhaupt in den Katalysator gelangt. Bei der Sekundärluftzuführung wird dem Abgasstrang möglichst kurz hinter dem Motor frische Luft zugeleitet, um die beim Verbrennungsvorgang entstandenen Kohlenwasserstoffverbindungen und das Kohlenmonoxid zu eliminieren. Dadurch wird eine Nachverbrennung der Abgase bei Temperaturen von über 600°C erreicht. Dem Katalysator wird zudem bei diesem zusätzlichen Verbrennungsvorgang Wärme zugeführt. Dies ist von besonderer Bedeutung beim "Kaltstart", bei dem ein relativ fettes Gemisch gefahren wird, wodurch automatisch die CO- und HC-Anteile in einem überproportionalen Maße erhöht werden. Durch die Sekundärluftzuführung in die heißen Abgase wird praktisch eine Nachverbrennung in Gang gesetzt, in deren Verlauf die im Motor unverbrannten Kohlenmonoxide und Kohlenwasserstoffe nachoxidiert bzw. nachverbrannt werden. Die Sekundärluftzuführung hat aber noch einen weiteren Effekt. Der geregelte Katalysator arbeitet erst ab einer bestimmten Betriebstemperatur optimal. Diese Warmlaufphase kann geraume Zeit dauern, während das Kraftfahrzeug mehrere Kilometer zurücklegt. Die Nachverbrennung durch ein Sekundärluftzuführungs- System erhöht speziell in dieser Warmlaufphase die Abgastemperaturen. Höhere Temperaturen lassen so den G-Katalysator schneller ansprechen. Der G-Katalysator kann seine Aufgabe, Schadstoffe zu konvertieren früher erfüllen.

Die Erfindung geht aus von einem Aggregat nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein solches Aggregat bekannt (DE- OS 41 15 805), bei dem in der Frischluftführung ein federbetätigtes Rückschlagventil angeordnet ist, das ein Rückströmen der Abgase in den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine verhindern soll, wenn der Druck in der Abgasleitung den Förderdruck des Gebläses übersteigt. Dabei können sich bestimmte Betriebszustände in der Abgasleitung einstellen, welche zum "Flattern" des Rückschlagventils führen, so daß eine Rückströmung der Abgase nicht mit der geforderten Sicherheit ausgeschlossen werden kann.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Aggregat mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das zusätzliche, parallel zum Rückschlußventil angesteuerte Abschaltventil zuverlässig das Rückströmen der Abgase in den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine vermieden ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Aggregats möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schließglied des Abschaltventils mit einer das Betätigungsglied bildenden Membran wirkverbunden ist, welche eine Steuerkammer in eine Druckkammer und eine Federkammer unterteilt, wobei das in der Federkammer untergebrachte Federelement die Membran in Schließrichtung des Arbeitsventil-Schließglieds belastet und wenn weiter, die Druckkammer über den Bypass mit der Frischluftführung verbunden ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einer Sekundärluftzuführung durch eine am Luftfilter angeschlossene, zum Abgasstrang führende Sekundärleitung, in der ein Aggregat zum Erzeugen des Sekundärluftstromes liegt, Fig. 2 das Aggregat gemäß Fig. 1, in vergrößerter Darstellung, teilweise geschnitten, Fig. 3 eine Prinzipdarstellung des zum Aggregat gehörenden, abgeschalteten Gebläses und zwei diesem nachgeordnete Ventile und Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3, wobei das Gebläse aktiviert ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Eine in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Brennkraftmaschine eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges weist einen Abgasstrang 12 auf, in dem ein geregelter Katalysator 14 liegt. Das Abgas strömt in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 16. In Strömungsrichtung des Abgases ist vor dem Katalysator 14 eine sogenannte Lambda-Sonde 18 angeordnet. Weiter ist ein Aggregat 20 vorgesehen, das ein Gebläse aufweist, welches über eine Saugleitung 22 mit der Frischluftzuführung 24 für die Brennkraftmaschine 20 leitungsverbunden ist. Dazu ist die Saugleitung 22 mit einem Lufteinlaß für die Brennkraftmaschine 10 verbunden. Von dem Aggregat 20 führt eine Druckleitung 26 zum Abgasstrang 12. Sie mündet in Strömungsrichtung (Pfeil 16) gesehen vor dem Katalysator 14. Das Aggregat 20 weist neben dem in Fig. 2 dargestellten Gebläse 28 noch einen elektrischen, hochdrehenden, bürstenlosen Antriebsmotor 30 auf, von dem in Fig. 2 die sich während des Betriebs drehende, mit dem Gebläserad 32 versehene Motorwelle 34 erkennbar ist.

Der Aufbau des Aggregats 20 wird im folgenden anhand der gegenständlichen Darstellung in Fig. 2 erläutert. Der elektrische Antriebsmotor 30 des Aggregats 20 ist in einem Motorgehäuse 36 untergebracht, das in ein im wesentlichen topfförmiges Gebläsegehäuse 38 übergeht. Das Gebläsegehäuse ist als Spiralgehäuse ausgebildet, in dem sich das Gebläserad 32 befindet. Das Motorgehäuse 36 ist an seiner von dem Gebläsegehäuse 38 abgewandten Seite mit einem Ansaugstutzen 40 versehen, der eine Saugöffnung 42 für das Gebläse 28 aufweist. Weiter ist das Innere des Motorgehäuses 36 über eine Durchtrittsöffnung 44 mit einer von dem Gebläsegehäuse 38 umschlossenen Gebläsekammer 46 verbunden. Auf dem Topfrand 48 des topfförmigen Gebläsegehäuses 38 ist ein deckelartiges Abdeckteil 50 befestigt, in dem eine Frischluftführung 52 untergebracht ist, die über eine Öffnung 54 mit der Gebläsekammer 46 verbunden ist. In der Frischluftführung 52 ist ein Rückschlagventil 56 angeordnet. Das Rückschlagventil 56 weist einen mit dem Abdeckteil fest verbundenen Ventilsitz 58 auf, mit dem ein Schließglied 60 zusammenarbeitet. Weiter ist mit Wänden des Abdeckteils 50 eine Stützplatte 62 fest verbunden, an der eine vorgespannte Schraubendruckfeder 64 anliegt, welche das Schließglied 60 zum Ventilsitz 58 hin belastet. Die Anordnung des Rückschlagventils 56 ist in bekannter Weise so getroffen, daß sie dem später zu erläuternden Frischluftstrom entgegensteht. In dem Abdeckteil 50 ist weiter eine von der Frischluftführung 52 separierte Steuerkammer 66 untergebracht. Die Steuerkammer 66 liegt direkt benachbart zu der Gebläsekammer 46 und ist von dieser durch ein gemeinsames, plattenartiges Trennelement 70 getrennt. Dieses Trennelement 70 begrenzt also sowohl die Gebläsekammer 46 in axialer Richtung als auch die dieser benachbarte Steuerkammer 66. Die Steuerkammer 66 ist durch eine Membran 72 in zwei Teilkammern unterteilt. Die Anordnung der Membran 72 ist so getroffen, daß sich zwei Teilkammern ergeben, von denen sich die eine, als Druckkammer 74 zu bezeichnende Teilkammer direkt der Gebläsekammer 46 benachbart ist. Die andere, als Federkammer zu bezeichnende Teilkammer 76 ist von der Druckkammer 74, also lediglich durch die Membran und einen die Membran 72 stützenden Membranteller 78 getrennt. Es ergeben sich somit also drei in Richtung der Drehachse der Motorwelle 34 gesehen nebeneinanderliegende Kammern 46, 74 und 76. An der Membran 72 bzw. an deren Membranteller 78 ist ein im wesentlichen pilzartiges Schließglied 80 mit seinem Schaft 82 verankert. Der Schaft 82 durchdringt die Frischluftführung 52 begrenzende Zwischenwände 84 und 86, von denen die Wand 86 als Ventilsitz 88 ausgebildet ist, an dessen von den Kammern 46, 74, 76 abgewandten Seite der Hut 90 des pilzartigen Schließgliedes 80 dichtend zur Anlage kommt. Die in der Zwischenwand 84 vorgesehene Durchdringungsöffnung 92 ist durch an sich bekannte Dichtmittel 93 gegenüber dem Schaft 82 so abgedichtet, daß in der Frischluftführung 52 befindliche Luft nicht in den Federraum 76 gelangen kann. Das Schließglied 80 bildet zusammen mit dem Ventilsitz 88 ein Abschaltventil 94 zum Öffnen oder Verschließen des Übergangs der Frischluftführung 52 in einen rohrförmigen Druckstutzen 96, der an das Abdeckteil 50 angeformt ist. Das Abschaltventil 94 ist somit in den Druckstutzen bzw. in das Abdeckteil 50 integriert. Weiter weist das Abdeckteil 50 eine Be- und Entlüftungsbohrung 98 auf, welche die Federkammer 76 mit der Atmosphäre verbindet. Die Druckkammer 74 ist über Bohrungen 100 mit der Gebläsekammer 46 verbunden. Die Bohrungen 100 bilden sogenannte Bypass-Leitungen, die dafür sorgen, daß in der Druckkammer 74 stets der gleiche Druck wie in der Gebläsekammer 46 herrscht. Schließlich ist noch zu erwähnen, daß die Membran 72 durch eine sich an der Zwischenwand 84 des Abdeckteils 50 vorgespannt abgestützte, als Schraubendruckfeder ausgebildete Regelfeder 102 zur Druckkammer hin belastet ist. Wie die Fig. 2 weiter zeigt, sind der Ansaugstutzen 40 und der Druckstutzen 96 zueinander koaxial angeordnet, was die Montage des Aggregats 20 erheblich vereinfacht.

Die Wirkungsweise des Aggregats 20 soll nun anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden. Dabei ist zu beachten, daß die Prinzipdarstellung gemäß Fig. 3 die Betriebsstellung zeigt, welche auch die gegenständliche Darstellung des Aggregats gemäß Fig. 2 zeigt. Das sich im Ruhezustand befindliche Aggregat ist in den Fig. 3 und 4 ohne den hier entbehrlichen elektrischen Antriebsmotor 30 dargestellt worden. Die Fig. 3 und 4 zeigen, daß das Gebläse 28 ein in einem Spiralgehäuse 28 untergebrachtes Gebläserad 32 hat, in welche die Saugöffnung 42 mündet. Das Spiralgehäuse 28 geht druckseitig in die durch die Zwischenwände 84, 86 begrenzte Frischluftführung 52 über, in welche das, der Einfachheit halber hier als Kugelventil dargestellte Rückschlagventil 56 angeordnet ist. Das Rückschlagventil ist durch die vorgespannte Druckfeder 64 entgegen der Strömungsrichtung der Frischluft am Ventilsitz 58 anliegend vorgespannt. Die Frischluftführung 52 geht im Bereich des Abschaltventils 94 in den Druckstutzen 96 über. Die Bohrungen 100 gemäß Fig. 2 sind hier als Bypass-Leitung 100 dargestellt, die von der Frischluftführung 52 in die Druckkammer 74 der Steuerkammer 66 mündet, die durch die Membran 72 in die Druckkammer 74 und die Federkammer 76 unterteilt ist. Eine sich an der einen Wand der Federkammer 76 abstützende, vorgespannte Steuerfeder 102 liegt an dem Membranteller 78 an und belastet die Membran 72 zum Druckraum 74 hin. Die Be- und Entlüftungsbohrung 98 bildet bei dieser Prinzipdarstellung gleichzeitig die Durchtrittsöffnung für den Schaft 82 des pilzartigen Schließgliedes 80, das zum Abschaltventil 94 gehört. Die Vorspannkraft der Steuerfeder 102 sorgt somit auch gleichzeitig dafür, daß das Schließglied 80 ordnungsgemäß am Ventilsitz 88 des Abschaltventils 94 anliegt. Wenn nun der elektrische Antriebsmotor aktiviert wird und das Gebläserad 32 in Richtung des Pfeiles 110 (Fig. 4) umläuft, wird Frischluft über den Ansaugstutzen 40 angesaugt, die dann durch den Elektromotor 30 (Fig. 2) strömt und dabei dessen thermisch belasteten Elemente kühlt. In der Frischluftführung 52 in Strömungsrichtung (Pfeil 112) gesehen vor dem noch geschlossenen Absperrventil 56 (Fig. 3) baut sich nun ein Druck auf, der über den Bypass 100 auch auf der der Druckkammer 74 zugewandten Seite der Membran 72 ansteht. Dieser Druck ist in Fig. 4 durch mehrere Pfeile 114 angedeutet. Wenn dieser in der Frischluftführung 52 vor dem Absperrventil 56 und in der Druckkammer 74 sich aufbauende Druck ein vorbestimmtes Maß übersteigt, öffnet das Rückschlagventil 56 (Fig. 4) und auch das Abschaltventil 94 unter der Wirkung des im Druckraum 74 nun herrschenden Druckes. Wenn nämlich die auf der Membran wirkende Kraft die Vorspannkraft der Steuerfeder 102 übersteigt, wird diese durch die sich zur Federkammer hin bewegende Membran 72 zusammengedrückt und gleichzeitig über den Schaft 82 das Abschaltventil 94 geöffnet. Der Frischluftstrom 112 kann nun also ungehindert von der Ansaugöffnung 42 durch den elektrischen Antriebsmotor 30 und durch das Gebläse 28 entsprechend den Pfeilen 112 strömen, wo sie am Druckstutzen 96 das Aggregat 20 verläßt und über die Druckleitung 26 der Abgasleitung 12 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird.

Die Anordnung des Abschaltventils in an der Frischluftführung sorgt für einen zuverlässigen Betrieb des Aggregats 20. Auch in kritischen Betriebszuständen verhindert das Abschaltventil 94 das unerwünschte Flattern des Rückschlagventils 56. Der erfindungsgemäße Aufbau des Aggregats 20 ergibt ein kompaktes Aggregat, das auch bei den in aller Regel im Motorraum des Kraftfahrzeuges beengten Einbauverhältnissen zufriedendstellend zu handhaben ist.

Claims (10)

1. Aggregat zum Erzeugen eines Frischluftstromes mit einem Gebläse, das druckseitig mit der Abgasleitung der Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeuges verbunden ist und zwischen dem Gebläse und der Mündung der Frischluftführung in die Abgasleitung in der Frischluftführung ein Rückschlagventil (56) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Frischluftführung (52) zwischen dem Rückschlagventil (56) und deren Mündung in die Abgasleitung (12) ein Abschaltventil (94) angeordnet ist, dessen Schließglied (80) von der Kraft eines Federelements (102) zur Schließstellung belastet ist und daß durch den von dem arbeitenden Gebläse (28) aufgebauten, über einen von der Frischluftführung (52) abgezweigten Bypass (100) einem Betätigungsglied (72) für das Schließglied (80) zugeführten Druck entgegen der Federkraft betätigbar ist.

2. Aggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (80) des Abschaltventils (94) mit einer das Betätigungsglied bildenden Membran (72) wirkverbunden ist, welche eine Steuerkammer (50) in eine Druckkammer (74) und eine Federkammer (76) unterteilt, daß das in der Federkammer untergebrachte Federelement (102) die Membran (72) in Schließrichtung des Arbeitsventil-Schließglieds (80) belastet und daß die Druckkammer (74) über den Bypass (100) mit der Frischluftführung (52) verbunden ist.

3. Aggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass (100) zwischen dem Gebläse (28) und dem Rückschlagventil (56) an die Frischluftführung (52) angeschlossen ist.

4. Aggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum Gebläse (28) gehörendes Flügelrad (32) auf der Welle (34) eines elektrischen Antriebsmotors (30) sitzt und in einer topfartigen Gebläsekammer (46) angeordnet ist, deren Wände (38) mit einem zum Motor gehörenden Gehäuseteil (36) vorzugsweise einstückig verbunden sind.

5. Aggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläsekammer (46) durch ein deckelartiges Abdeckteil (50) geschlossen ist, welches das Rückschlagventil (56), das Abschaltventil (94) und die Steuerkammer (66) aufweist.

6. Aggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläsekammer (46) und die dieser benachbarte Steuerkammer (66) jeweils durch ein gemeinsames, plattenartiges Trennelement (70) begrenzt sind, das zumindest einen diese beiden Kammern (46, 74) verbindenden, den Bypass bildenden Durchbruch (100) aufweist.

7. Aggregat nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorgehäuse (36) mit einer Saugöffnung (42) für das Gebläse (28) versehen ist und daß das Motorgehäuse eine zur Gebläsekammer (46) führende Durchtrittsöffnung (44) für die angesaugte Luft aufweist.

8. Aggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem Rohrstutzen (40) umgebende Saugöffnung (42) am Motorgehäuse zumindest annähernd koaxial zu einem in Strömungsrichtung (112) der Frischluft hinter dem Abschaltventil (94) am Abdeckteil (50) angeordneten Druckstutzen (96) angeordnet ist.

9. Aggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltventil (94) in den Druckstutzen (96) integriert ist.

10. Aggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkammer (76) mit einer Öffnung (98) zur Atmosphäre versehen ist.