DE102004043662B3

DE102004043662B3 - Abgasrückführventil

Info

Publication number: DE102004043662B3
Application number: DE102004043662A
Authority: DE
Inventors: Hans-Patrick Nolze; Waldemar Haiok
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-09-09

Abstract

Das Abgasrückführventil (1) weist eine in einem Abgaskanal (3) schwenkbar angeordnete Ventilklappe (19) auf. Diese ist über eine Welle (17) mit einem Klappenantrieb (11) gekoppelt. Die Achse (33) der Welle (17) verläuft unter einem Winkel (alpha) von 60 DEG zur Achse (32) des Abgaskanals (3). Dieser ist in einem ersten Rohrstück (2) ausgebildet, das von den Schenkeln (8) einer U-förmigen Halterung (9) aus Blech getragen ist. Die mit ihrem im Abgaskanal (3) liegenden freien Ende die Ventilklappe (19) tragende Welle (17) verläuft in einem sich vom Umfang (15) des ersten Rohrstücks (2) aus erstreckenden zweiten Rohrstück (16), das mit dem Umfang (15) des ersten Rohrstücks (2) verbunden ist. Zwischen der Welle (17) und dem Klappenantrieb (11) ist eine Klauenkupplung (22) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Abgasrückführung wird ein Teil des verbrannten Abgases am Auspuffkrümmer entnommen und über eine Rohrleitung am Ansaugkrümmer dem Ansauggemisch zugeführt. Eine solche Abgasrückführung ist erforderlich, um bei direkt einspritzenden Otto- und Dieselmotoren durch eine elektromotorische stufenlos geregelte Durchflussregulierung alle geforderten Abgasnormen einwandfrei zu erfüllen. In diesem Zusammenhang kann die Abgasrückführungsrate mit einem elektromotorisch betätigten Abgasrückführventil an den von der Motorsteuerung errechneten Bedarf mit der geforderten Dynamik stufenlos angepasst werden.

Durch die US 4,290,615 B ist ein auch bei einer Abgasrückführung einsetzbares Klappenventil bekannt, das eine in einem Abgaskanal schwenkbar angeordnete Ventilklappe aufweist. Die Ventilklappe ist von einer Welle getragen, deren Achse unter einem von 90° abweichenden Winkel zur Achse des Abgaskanals verläuft. Die die Ventilklappe über den gesamten Durchmesser des Abgaskanals durchsetzende Welle ist im Umfangsbereich des Abgaskanals in zwei gegenüber liegenden Bereichen gelagert. Dazu ist der aus einem Gussmaterial gebildete Abgaskanal in diesem Bereich mit mehrteiligen angegossenen Konsolen versehen, welche die Lagerungen der Welle ordnungsgemäß fixieren.

Mit dem Abgaskanal sind ferner gusstechnisch sich parallel zur Achse der Welle erstreckende Stützen verbunden, die ein anschraubbares Getriebe tragen, welches seinerseits mit einem Antrieb über Schraubverbindungen lösbar gekoppelt ist.

Das bekannte Klappenventil ist von seinem Aufbau her durch die Gussvariante vergleichsweise aufwendig gestaltet. Außerdem wird beim Einsatz dieses Klappenventils bei einer Abgasrückführung die Wärme aus dem Abgaskanal über die Gussverbindungen direkt zum Klappenantrieb überführt, was gegebenenfalls zu einer Überschreitung der zulässigen Temperatur am wärmetechnisch empfindlichen Klappenantrieb führen kann.

Durch die US 2003/0056836 A1 gehört ein Abgasstromregulator zum Stand der Technik, der ein federndes Kopplungselement zwischen einer ersten Welle, die mit dem Klappenantrieb verbunden ist, und einer zweiten Welle, die mit der Ventilklappe gekoppelt ist, aufweist. Der Klappenantrieb ist durch einen Abstandshalter gegenüber dem abgasführenden Ventilkörper abgestützt. Durch den Abstandshalter und die Entkopplung der Wellen wird eine Wärmeentkopplung erzielt. Der Abstandshalter dient auch der Wärmeableitung. Dazu ist er als ein geschlossener Hohlkörper ausgeführt, der die Wellen umfangsseitig umgibt.

Nachteilig an dieser Ausführungsform ist, dass zwei Wellen zur Drehmomentübertragung vorgesehen sind, die zudem über ein federndes Kopplungselement miteinander verbunden sind. Mit zunehmender Lebensdauer ist zu erwarten, dass sich ein Spiel zwischen der ersten und zweiten Welle einstellt, wodurch eine genaue Steuerung der Ventilklappenposition erschwert wird. Somit wird das gesamte Abgasregelungssystem in seiner Funktion nachteilig beeinflusst. Ferner ist das federnde Kopplungselement konstruktiv aufwendig gestaltet und erfordert aufgrund der relativ hohen Anzahl der Einzelteile einen erhöhten Montageaufwand. Aufwendig ist insbesondere, dass die Wellenenden der ersten und der zweiten Welle jeweils mit geeigneten Angriffsflächen zu versehen sind.

Der Ventilkörper ist ebenso wie der Abstandhalter zwischen dem Ventilkörper und dem Antrieb als Gussteil ausgeführt. Die Masse der Gussteile kann zu einer erhöhten Schwingungsbelastung des Antriebs führen.

Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrückführventil zu schaffen, das bei einer direkten Kopplung des Klappenantriebs mit dem Klappenventil eine verbesserte Wärmeentkopplung des Klappenantriebs aufweist und zudem leicht sowie einfach baut.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Der Grundkörper des Abgasrückführventils besteht jetzt nur noch aus einem das Abgas führenden ersten Rohrstück, dem an den Umfang des ersten Rohrstücks angesetzten, die Welle tragenden zweiten Rohrstück sowie einer U-förmigen Halterung aus Blech, die mit dem ersten Rohrstück über ihre Schenkel verbunden ist. Diese Anordnung ist hinsichtlich ihrer Masse minimiert und stellt dadurch einen nur kleinen Wärmespeicher dar. Über die der Umgebungsluft ausgesetzten Oberflächen kann die anfallende Wärme gut abgegeben werden, ohne dass sie in unzulässiger Weise an den nur bedingt hinsichtlich Wärme beanspruchbaren Klappenantrieb gelangen kann. Die Wärmeentkopplung wird dadurch noch weiter verbessert, dass die Ventilklappe nur an dem freien Ende der Welle befestigt ist. Die Welle ist somit lediglich einseitig des ersten Rohrstücks im zweiten Rohrstück gelagert. Da die Halterung aus Blech, insbesondere aus Edelstahlblech, besteht, können bei der Formung der Halterung bei Bedarf Kühlrippen mit angeformt werden, die die Wärmetauschfläche weiter erhöhen. Auch die Abdichtung der Welle im zweiten Rohrstück ist so ausgebildet, dass ein nur geringer Wärmedurchfluss stattfinden kann.

Eine Anbindung der Welle an die Ventilklappe, welche mit einem nur geringen Materialaufwand verbunden ist, wird durch die Merkmale des Anspruchs 2 erzielt. Danach ist die Achse des ersten Rohrstücks zur Achse des zweiten Rohrstücks unter einem Winkel von etwa 60° angeordnet.

Aufgrund des im Anspruch 3 gekennzeichneten Sachverhalts, dass die Welle über eine zwischen dem Steg der Halterung und dem zweiten Rohrstück angeordnete Klauenkupplung mit dem Abtrieb des Klappenantriebs gekoppelt ist, wird auch bezüglich der Welle und des Klappenantriebs eine einwandfrei funktionierende Wärmeentkopplung erreicht. Die Wärme übertragenden Flächen der Klauenkupplung sind klein und minimieren den Wärmeübergang. Außerdem sind diese Flächen frei der Umgebungsluft ausgesetzt.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 ist der wellenseitige Teil der Kupplung unter den Einfluss einer sich am zweiten Rohrstück abstützenden Schraubendrehfeder gestellt. Auf diese Weise erfüllt die Schraubendrehfeder (Torsionsfeder) eine sogenannte „Fail-Safe-Funktion". Versagt der Klappenantrieb, gewährleistet die Schraubendrehfeder, dass die Ventilklappe in der Schließstellung verbleibt oder diese zurück geführt wird.

Eine einwandfreie einseitige Doppellagerung der Welle wird mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erzielt. Danach ist die Welle in zwei durch einen Distanzring voneinander getrennte Metall-Graphit-Buchsen gelagert. Die Buchsen sind in das zweite Rohrstück fest eingepresst und bedürfen keiner weiteren Lagesicherung.

Eine einfache und problemlose Fixierung des Klappenantriebs wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 erreicht. Hierbei ist der Klappenantrieb mit einer Blechplatte verschraubt (vorzugsweise Edelstahlblech), die auf der dem ersten Rohrstück abgewandten Seite des mit einer großen zentralen Durchbrechung versehenen Stegs der Halterung lösbar befestigt ist.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 7 sind die Schenkel der Halterung mit Durchbrechungen zur Aufnahme der Endabschnitte des ersten Rohrstücks versehen. Hiermit wird nicht nur eine einfache Verbindung des ersten Rohrstücks mit der Halterung erreicht, sondern zugleich auch eine Distanzierung von in der Regel endseitig des ersten Rohrstücks vorgesehenen Flanschen zur Verbindung mit weiteren Rohrteilen erreicht.

Der Klappenantrieb besteht entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 8 vorzugsweise aus einem Magnetaktuator.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 in der Ansicht, teilweise im Vertikalschnitt, ein Abgasrückführventil;
2 in vergrößertem Maßstab in der Perspektive den Ausschnitt II der 1 und
3 in verkleinertem Maßstab die Darstellung der 1 in der Offenstellung.
In den 1 und 3 ist mit 1 ein Abgasrückführventil bezeichnet, wie es bei der Abgasrückführung eines Teils der verbrannten Abgase von einem Auspuffkrümmer zum Ansaugkrümmer eines Verbrennungsmotors zum Einsatz gelangt.
Das Abgasrückführventil 1 weist ein erstes Rohrstück 2 aus Edelstahl auf, das im Innern einen Abgaskanal 3 aufweist. An den Stirnseiten 4 des ersten Rohrstücks 2 sind Befestigungsflansche 5 vorgesehen.
Benachbart der Befestigungsflansche 5 durchsetzen die Endabschnitte 6 des ersten Rohrstücks 2 Ausnehmungen 7 in den Schenkeln 8 einer im wesentlichen U-förmigen Halterung 9 aus Edelstahlblech. Die ungleich langen Schenkel 8 sind unter Berücksichtigung des zur Verfügung stehenden Einbauraums im Winkel zum Steg 10 der Halterung 9 angeordnet.
Der Steg 10 der Halterung 9 dient der lösbaren Fixierung eines Klappenantriebs 11 in Form eines Magnetaktuators. Dazu ist der Klappenantrieb 11 mit einer Blechplatte 12 verschraubt, die ihrerseits auf der dem ersten Rohrstück 2 abgewandten Seite 13 des mit einer zentralen Durchbrechung 14 versehenen Stegs 10 schraubbefestigt ist.
Vom Umfang 15 des ersten Rohrstücks 2 aus erstreckt sich ein zweites Rohrstück 16 in Richtung zum Klappenantrieb 11. Das zweite Rohrstück 16 ist mit dem ersten Rohrstück 2 fest verbunden. Es besteht ebenfalls aus Edelstahl und endet mit Abstand zum Klappenantrieb 11. Das zweite Rohrstück 16 wird von einer Welle 17 durchsetzt, die an ihrem im Abgaskanal 3 des ersten Rohrstücks 2 liegenden freien Ende 18 mit einer runden Ventilklappe 19 fest verbunden ist. Im zweiten Rohrstück 16 durchsetzt die Welle 17 zwei durch einen Distanzring 20 voneinander getrennte Metall-Graphit-Buchsen 21. Die Buchsen 21 sind in das zweite Rohrstück 16 fest eingepresst.
Die Welle 17 ist über eine zwischen dem Steg 10 der Halterung 9 und dem zweiten Rohrstück 16 angeordnete Klauenkupplung 22 mit dem Abtrieb 23 des Klappenantriebs 11 gekoppelt. Diesbezüglich weist der Abtrieb 23 gemäß 2 eine Scheibe 24 mit zwei umfangsseitigen Aussparungen 25 auf, in welche die Schenkel 26 eines U-förmigen, über einen Steg 27 mit der Welle 17 verbundenen Kupplungsbügels 28 eingreifen.
Umfangsseitig des zweiten Rohrstücks 16 erstreckt sich eine Schraubendrehfeder 29. Ein Ende 30 der Schraubendrehfeder 29 ist am Umfang des zweiten Rohrstücks 16 in der Nähe des ersten Rohrstücks 2 festgelegt. Das gegenüber liegende Ende 31 der Schraubendrehfeder 29 ist mit dem Steg 27 des Kupplungsbügels 28 verbunden. Die Wirkrichtung der Schraubendrehfeder 29 ist derart, dass sie bei einem Ausfall des Klappenantriebs 11 die Ventilklappe 19 aus der in 3 erkennbaren Offenstellung in die aus der 1 erkennbare Schließstellung überführt.
Die Achse 32 des ersten Rohrstücks 2 ist unter einem Winkel α von 60° zur Achse 33 des zweiten Rohrstücks 16 bzw. der Welle 17 angeordnet.

1: Abgasrückführventil
2: erstes Rohrstück
3: Abgaskanal in 2
4: Stirnseiten von 2
5: Befestigungsflansche
6: Endabschnitte von 2
7: Ausnehmungen in 8
8: Schenkel von 9
9: Halterung
10: Steg von 9
11: Klappenantrieb
12: Blechplatte
13: Seite von 10
14: Durchbrechung in 10
15: Umfang von 2
16: zweites Rohrstück
17: Welle
18: freies Ende von 17
19: Ventilklappe
20: Distanzring
21: Buchsen
22: Klauenkupplung
23: Antrieb von 11
24: Scheibe von 22
25: Aussparungen in 24
26: Schenkel von 28
27: Steg von 28
28: Kupplungsbügel
29: Schraubendrehfeder
30: Ende von 29
31: Ende von 29
32: Achse von 2
33: Achse von 16

Claims

Abgasrückführventil, das eine in einem Abgaskanal (3) schwenkbar angeordnete Ventilklappe (19) aufweist, welche über eine Welle (17) mit einem Klappenantrieb (11) gekoppelt ist, wobei die Achse (33) der Welle (17) unter einem von 90° abweichenden Winkel (α) zur Achse (32) des Abgaskanals (3) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (3) in einem von den Schenkeln (8) einer U-förmigen Halterung (9) aus Blech getragenen ersten Rohrstück (2) ausgebildet ist, das mit einem von der an ihrem freien Ende (18) die Ventilklappe (19) tragenden Welle (17) abgedichtet durchsetzten, sich vom Umfang (15) des ersten Rohrstücks (2) aus erstreckenden zweiten Rohrstück (16) fest verbunden ist, wobei der Klappenantrieb (11) an dem die Schenkel (8) der Halterung (9) verbindenden Steg (10) festgelegt ist.
Abgasrückführventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (32) des ersten Rohrstücks (2) zur Achse (33) des zweiten Rohrstücks (16) unter einem Winkel (α) von etwa 60° angeordnet ist.
Abgasrückführventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (17) über eine zwischen dem Steg (10) der Halterung (9) und dem zweiten Rohrstück (16) angeordnete Klauenkupplung (22) mit dem Abtrieb (23) des Klappenantriebs (11) gekoppelt ist.
Abgasrückführventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wellenseitige Teil (28) der Klauenkupplung (22) unter den Einfluss einer sich am zweiten Rohrstück (16) abstützenden Schraubendrehfeder (29) gestellt ist.
Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (17) in zwei durch einen Distanzring (20) voneinander getrennten Metall-Graphit-Buchsen (21) gelagert ist.
Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klappenantrieb (11) mit einer Blechplatte (12) verschraubt ist, die auf der dem ersten Rohrstück (2) abgewandten Seite (13) des mit einer zentralen Durchbrechung (14) versehenen Stegs (10) der Halterung (9) lösbar befestigt ist.
Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (8) der Halterung (9) mit Durchbrechungen (7) zur Aufnahme der Endabschnitte (6) des ersten Rohrstücks (2) versehen sind.
Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klappenantrieb (11) durch einen Magnetaktuator gebildet ist.