DE10045294A1 - Verfahren und Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Verbesserung des Laufverhaltens von Abgasrückführsystemen mit einem Abgasrückführventil, umfassend einen Abgasrückführventilstößel und einen Abgasrückführventilsitz. Es wird vorgeschlagen, daß zumindest einer von Abgasrückführventilstößel, insbesondere dessen Abgasrückführventilteller, und/oder Abgasrückführventilsitz zumindest teilweise mit einer Silikat-Beschichtung versehen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Oberbegriffe der unab­ hängigen Ansprüche. Damit befaßt sich die vorliegende Erfin­ dung mit der Verbesserung von Systemen zur Abgasrückführung.

Die geregelte Abgasrückführung wird in Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren zur Verbesserung des Laufverhal­ tens, insbesondere zur Reduzierung der Abgasemissionen verwen­ det. Dabei wird im Abgasweg ein Abgasrückführsystem zur Rück­ führung von Abgas in den Motor mit einem Abgasrückführventil vorgesehen, welches ein Abgasventilstößel umfaßt, dessen Ab­ gasrückführventilteller auf einem Abgasrückführventilsitz des Ventilkörpers aufsitzt. Das Ventil ist elektromagnetisch zu betätigen; ob ein Öffnen erforderlich ist, wird mit einer Gas­ sensoranordnung bestimmt.

Es ist dabei im Regelfall erwünscht, die Abgasrückführung vollständig und schnell öffnen und schließen zu können. Pro­ bleme bereitet bei gegebener Auslegung der Elektromagnete und der diesen entgegenwirkenden Vorspannfedern allerdings der Um­ stand, daß das Abgasventilstößel sich nicht schnell genug vom Abgasrückführventilteller löst, was ein schnelles Öffnen be­ einträchtigt oder die Öffnung zu einem gegebenen Zeitpunkt ganz unterbindet. Dieses Problem wird häufig gerade dann beob­ achtet, wenn das Ventil noch nicht eingelaufen ist, also zu Beginn der Gesamtbetriebsdauer.

Daneben treten oft Ablagerungen auf dem Ventilstößel auf, z. B. in Form von Ruß oder Abgaskondensaten. Ansammlungen dieser Kondensate können die Strömungsverhältnisse durch das Ventil besonders dann beeinträchtigen, wenn sie an sehr engen Stellen auftreten. Sie erhöhen auch die zu bewegende Masse und damit das dynamische Ventilverhalten.

Es ist bereits bekannt, die Ventile der Abgasrückführung oder Teile davon derart zu beschichten, daß die Ablagerungen ver­ ringert werden und sich - vermutlich infolgedessen - auch das Stellverhalten verbessert, d. h. daß das Ventil sich leichter vom ventilsitz löst. Verwendet wurden bislang unter anderem Teflon-Beschichtungen.

Ein Problem besteht jedoch bei modernen Motoren, insbesondere modernen Dieselmotoren durch die mit den Fortschritten der Mo­ tortechnik einherschreitende Erhöhung der Abgastemperaturen. Den hohen Abgastemperaturen der modernen Motoren halten die herkömmlichen Beschichtungen nicht stand.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereit zu stellen.

Das Ziel der Erfindung wird erreicht durch die Kombination der Merkmale in den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausfüh­ rungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Grundgedanke der Erfindung besteht somit zunächst darin, daß bei einem Abgasrückführsystem mit einem Abgasrückführven­ til umfassend einen Abgasrückführventilteller und einen Abgas­ rückführventilsitz, zur Verbesserung des Laufverhaltens vorge­ sehen wird, daß zumindest einer von Abgasrückführventilteller und Abgasrückführventilsitz mit einer Silikat-Beschichtung versehen wird.

Es ist derzeit noch nicht vollständig verstanden, weshalb eine solche Silikat-Beschichtung das Laufverhalten verbessert; eine erste Erklärung geht dahin, daß die Anlagerung von Schmutz insbesondere in Form von Kondensaten und/oder Ruß wesentlich verringert wird. Dies ist für den Langzeit-Betrieb vorteil­ haft.

Es kann dadurch zunächst das Anbacken des Ventiltellers am Ventilsitz verhindert werden; alternativ und/oder zugleich wird durch das nicht durch Schmutz erhöhte geringe Gewicht auch die Dynamik der Ventilbewegung verbessert. Zur Verhinde­ rung des Anbackens ist es insbesondere sinnvoll, wenn das Ven­ til bei der Ventilsitzfläche entweder am zum Ventilkörper ge­ hörenden Ventilsitz oder an der Gegenfläche des Ventiltellers mit Silikat beschichtet ist. Zur Verbesserung der Ventildyna­ mik und damit des Motorlaufverhaltens ist es wünschenswert, auch weitere Teile des Ventils zu beschichten, insbesondere jene Teile, die an besonders engen Bereichen des Strömungswe­ ges angeordnet sind, etwa in der Nähe des Ventiltellers, aber hinter demselben. Hier wird vermutet, daß die Beschichtung die dauerhafte Einhaltung der vom Motorbauer vorgegebenen Dimen­ sionierung der lichten Weiten der Abgasrückführwege wesentlich erleichtert, da eine Verringerung der Gasführungsquerschnitte durch Ablagerungen vermieden wird.

Eine weitere, möglicherweise ergänzend hinzutretende Verwen­ dung des Verfahrens besteht in der Verbesserung des Einlauf­ verhaltens des Ventils. Es wird vermutet, daß die Silikat- Beschichtung vorhandene Oberflächenrauhigkeiten glättet und insoweit zu einer leichten Trennung des Ventiltellers vom Ven­ tilsitz beiträgt. Dies ist insbesondere bei der Erstinbetrieb­ nahme des Motors relevant.

Die Silikatbeschichtung wird bevorzugt als Alkalisilikatglas aufgebracht, insbesondere als Natrium- und/oder Kaliumsilikat. Die Silikatbeschichtung kann als eine Beschichtung aus Wasser­ glas aufgebracht werden, wobei das Wasserglas beim Auftragen niedrigviskos ist, etwa likörartig. Eine zu geringe Viskosität führt typisch dazu, daß das Beschichtungsmaterial in zu dünner und/oder insbesondere lückenhafter Schicht auf den Stößel ge­ langt; ein zu zähflüsssiges, hochviskoses führt hingegen zu einer zu dicken, möglicherweise aber gleichfalls lückenhaften Schicht.

Die dünnflüssige Wasserglaslösung wird bevorzugt auf den zu­ mindest einen von Abgasrückführventilteller und/oder Abgas­ rückführventilsitz aufgetragen wird, insbesondere durch Auf­ spritzen oder Eintauchen.

Die aufgebrachte Lösung wird bevorzugt zunächst bei Temperatu­ ren unterhalb 70°, insbesondere bei Raumtemperatur zumindest partiell angetrocknet, was etwa binnen einer Stunde geschehen kann.

Weiter wird das behandelte Ventilteil bevorzugt auf eine Tem­ peratur von zumindest 400°C, bevorzugt mindestens 450°C er­ wärmt wird, um die Lösung einzubrennen. In einer besonders be­ vorzugten Variante kann das Teil über 10 Stunden auf 500°C in Umgebungsluft, wahlweise auch in Stickstoff erwärmt werden und dann für 5 bis 45 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wer­ den, bevor eine Abkühlung erlaubt wird, deren Abkühlzeit durch das Ofenverhalten bestimmt ist oder auch schneller, z. B. durch Entnahme erfolgen kann.

Bevorzugt wird zunächst das Einlaufverhalten verbessert, indem der Abgasrückführventilteller sitzseitig mit der Silikat- Beschichtung versehen wird. Weiter ist es bevorzugt, wenn das Dauerbetriebsverhalten verbessert wird, indem der Abgasrück­ führventilstößel auf einer den Ventilsitz nicht kontaktieren­ den Fläche mit einer Silikat-Beschichtung versehen wird. Be­ schichtungen auf Ventilstößel und -körper sind klar möglich und vorteilhaft.

Schutz wird auch beansprucht für eine Abgasrückführventi­ lanordnung insbesondere für Dieselmotoren, insbesondere für KFZ-Dieselmotoren mit einem Abgasrückführventilteller und ei­ nem Abgasrückführventilsitz, dadurch gekennzeichnet, daß auf zumindest einem von Abgasrückführventilteller und Abgasrück­ führventilsitz zumindest eine Fläche mit einer Silikat- Beschichtung versehen ist. Besonders vorteilhaft ist die An­ ordnung für moderne Dieselmotoren mit Abgastemperaturen im Ab­ gasrückführventilbereich von um oder über 450°C.

Zumindest der Ventilteller, vorzugsweise aber der ganze Ven­ tilstößel, kann aus einer Leichtmetallegierung hergestellt sein und zwar insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, ins­ besondere einer Aluminiumknetlegierung und/oder einer Alumini­ umgußlegierung, vorzugsweise einer Si-haltigen Al-Legierung.

Der Ventilsitz kann bevorzugt aus Edelstahl hergestellt sein.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 einen Teil eines Abgasrückführsystems gemäß der vor­ liegenden Erfindung.

Nach Fig. 1 umfaßt ein allgemein mit 1 bezeichnetes Abgasrück­ führsystem 1 für einen Dieselmotor ein Abgasrückführventil 2 umfassend einen Abgasrückführventilstößel 3, einen Abgasrück­ führventilkörper 4 und einen Stelltrieb 5, sowie eine Steuer­ anordnung für den Stelltrieb mit einer im Abgasweg 6 angeord­ neten Gassensoranordnung (nicht gezeigt).

Der Abgasrückführventilstößel 3 ist einstückig aus einer Alu­ miniumdruckgußlegierung gebildet und weist einen Ventilteller 3a und einen zum Stelltrieb führenden Stift 3b auf, um dort von einem elektromagnetischen Antrieb in per se bekannter Wei­ se angetrieben zu werden.

Der Ventilteller ist abgeschrägt und liegt mit seinen Flanken auf einem Ventilsitz 4a des aus Edelstahl hergestellten Abgas­ rückführventilkörpers 4 auf.

Der Abgasrückführventilstößel 3 ist so dimensioniert, daß er durch Erregen des Elektromagneten des Stelltriebes eine vorge­ gebene Strecke vom Ventilsitz 4a des Abgasrückführventilkörper 4 weit entfernt wird und dann einen vorgegebenen Rückführungs­ querschnitt für die Abgasrückführung freigibt. Eine Rückstell­ feder (nicht gezeigt) führt bei Beendigung der Erregung den Abgasrückführventilstößel 3 in seine Ruhestellung auf dem Ven­ tilsitz 4a des Abgasrückführventilkörper 4 zurück.

Erfindungsgemäß ist nun der Abgasrückführventilstößel 3 mit einer Silikatbeschichtung versehen, vorliegend einer Natrium- Wasserglasbeschichtung.

Die Beschichtung wird vorgesehen wie folgt:
Zunächst wird eine Natrium-Wasserglaslösung hergestellt, die eine leicht Öl- und/oder likörartige Viskosität aufweist. Dann werden die Ventilstößel 3 in die Natrium-Wasserglaslösung ge­ taucht, entnommen und für eine Stunde bei Raumtemperatur ge­ trocknet.

Die getrockneten Ventilstößel 3 werden über 10 Stunden in ei­ nem Ofen auf 500°C in Umgebungsatmosphäre erwärmt, auf dieser Temperatur für 30 min gehalten, wodurch das getrocknete Was­ serglas einbrennt und sich die gewünschte glasartige Beschich­ tung, hier in Form von Silikatglas, als Beschichtung ergibt, und dann entsprechend der Ofenabkühlung heruntergekühlt. Der Stößel weist nun eine etwa 10 bis 20 µm dicke Schicht aus Sili­ katglas auf.

Nach dem Einbau des Ventilstößels wird der Motor in Betrieb genommen. Der Stößel wird im Abgasstrom auf Temperaturen von um 450°C erwärmt.

Es treten auch in der Einlaufphase, bei den ersten einigen tausend Ventilbetätigungen, keine Aussetzer auf, sondern der Stößel 3 löst sich bei Elektromagnet-Erregung unmittelbar vom Ventilsitz 4a. Die Ablagerung von Ruß, Kondensaten und/oder anderen Stoffen ist gegenüber herkömmlichen Stößeln ganzflä­ chig, vor allem aber am Ventilsitz und an den im Strömungs­ schatten liegenden Stellen wesentlich verringert, was einer­ seits eine Erhöhung des dynamisch zu bewegenden Ventilgewichts niedrig hält und andererseits eine zeitliche Konstanz des Rückführungsquerschnitts gewährleistet.

Claims (17)

1. Verfahren zur Verbesserung des Laufverhaltens von Abgas­ rückführsystemen mit einem Abgasrückführventil umfassend einen Abgasrückführventilstößel und einen Abgasrückführ­ ventilsitz, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer von Abgasrückführventilstößel, insbesondere dessen Abgas­ rückführventilteller, und/oder Abgasrückführventilsitz zu­ mindest teilweise mit einer Silikat-Beschichtung versehen wird.

2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkalisilikatglas aufgebracht wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikatbeschichtung eine Beschich­ tung aus Wasserglas aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dünnflüssige Wasserglaslösung auf den zumindest einen von Abgasrückführventilteller und Ab­ gasrückführventilsitz aufgetragen wird, insbesondere durch Aufspritzen oder Eintauchen.

5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die aufgebrachte Lösung zunächst bei Temperaturen unterhalb 70°, insbesondere bei Raumtempera­ tur zumindest partiell angetrocknet wird.

6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zumindest partielle Antrocknung über mindestens eine Stunde vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das behandelte Ventilteil auf eine Temperatur von zumindest 400°C, bevorzugt mindestens 450°C erwärmt wird, um die Lösung einzubrennen.

8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das behandelte Ventilteil allmählich auf eine Temperatur von 500°C erwärmt wird.

9. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in Normalatmo­ sphäre durchgeführt wird.

10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Einlaufverhalten verbessert wird, indem der Abgasrückführventilteller sitzseitig mit der Si­ likat-Beschichtung versehen wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dauerbetriebsverhalten verbessert wird, indem der Abgasrückführventilstößel auf einer den Ventilsitz nicht kontaktierenden Fläche mit einer Silikat- Beschichtung versehen wird.

12. Abgasrückführventilanordnung insbesondere für Dieselmoto­ ren, insbesondere für KFZ-Dieselmotoren mit einem Abgas­ rückführventilteller und einem Abgasrückführventilsitz, dadurch gekennzeichnet, daß auf zumindest einem von Abgas­ rückführventilteller und Abgasrückführventilsitz zumindest eine Fläche mit einer Silikat-Beschichtung versehen ist.

13. Abgasrückführventilanordnung nach dem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Abgasrückführ­ ventil eine Alkali-Silikatglas-Beschichtung vorgesehen ist.

14. Abgasrückführventilanordnung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller aus einer Leichtmetallegierung hergestellt ist.

15. Abgasrückführventilanordnung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere einer Aluminiumknetlegierung und/oder einer Aluminiumguß­ legierung hergestellt ist.

16. Abgasrückführventilanordnung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz aus Edelstahl hergestellt ist.

17. Abgasrückführventilanordnung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtung einer Dicke von zwischen 10 und 20 µm zumin­ dest partiell vorgesehen wird.