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Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Niederdruckventil, zur Steuerung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse, das einen Kanalabschnitt zur Abgasführung aufweist, mit einem Ventilelement, das im Kanalabschnitt verstellbar angeordnet ist und mittels eines Stelltriebes verstellbar ist.
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Ventile dieser Art, auch Abgasrückführventile genannt, sind üblicherweise über Abgasrückführsysteme in einer Abgasrückführleitung zum Einstellen einer Menge des von der Abgasseite zur Frischluftseite rückgeführten Abgases angeordnet. Das Abgasrückführventil ist somit zum Einstellen der Abgasrückführmenge oder Abgasrückführrate ausgestaltet. Es steuert die Abgasmenge oder Abgasrate in Abhängigkeit von Betriebsparametern einer Brennkraftmaschine. Bei der Gestaltung und Anordnung als Niederdruckventil befindet sich das Abgasrückführventil zum Beispiel in einer an den Ausgang einer Abgasturbine angeschlossenen Niederdruck-Abgasleitung, die in eine Frischluftleitung mündet, und zwar vor Eintritt in einen Ladeluftverdichter.
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Das eingangs genannte Ventil ist als Tellerventil ausgebildet, das über eine Hubeinrichtung verstellbar ist, um mit einem Ventilsitz abzudichten bzw. einen mehr oder minder großen Durchlass freizugeben. Eine derartige Ausführung ist relativ kompliziert und aufwändig.
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Daneben können derartige Ventile als Drehventile ausgebildet sein, bei denen ein Drehantrieb eine Welle betätigt, mit der das Ventilglied einer im Kanalabschnitt befindlichen Flügelkappe betätigt wird. Die üblicherweise eingesetzten Stelltriebe sind relativ groß, schwer und teuer. Das Gleiche gilt für das das Ventilelement enthaltende Gehäuse.
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Aus der
US 6,302,089 B1 ist ein Ventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Darüber hinaus ist in der
WO 2008/143670 A1 ein Luftführungssystem einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zu dessen Betrieb und Kontrolle offenbart. Dabei werden Informationen gewonnen und verarbeitet, welche die von der Brennkraftmaschine produzierte Menge an Stickoxiden und Partikeln repräsentieren, und die Abgasrückführrate entsprechend gesteuert. Das Abgassystem kann Temperatursensoren und Ventile aufweisen, welche anhand der von den Temperatursensoren gelieferten Signale gesteuert werden. Aus der
DE 10 2006 041 562 A1 ist eine Stellvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei der in einem Gehäuse ein Elektromotor sowie eine Getriebeeinheit angeordnet sind, wobei eine Antriebswelle in einem Sackloch gelagert ist und in Richtung eines Raumes ragt, in dem eine Platine angeordnet ist. Die Stellvorrichtung ist modulartig aufgebaut, wobei von der Platine durch ein Stanzgitter gebildete Kontaktzungen zu einem Stecker führen, der einteilig mit einem Gehäuseteil ausgebildet ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass eine kompakte Bauform erreicht wird und eine möglichst robuste, präzise Steuerung des Ventils gewährleistet ist. Des Weiteren sollen der Anschluss und die Montage des Ventils auf möglichst einfache Weise ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Durch die Verwendung eines elektromagnetischen Stelltriebs zur Steuerung des Ventilelements lässt sich ein sehr kompakter und robuster Aufbau erreichen. Durch die Verwendung des Positionssensors wird hierbei eine sehr präzise Steuerung des Ventils gewährleistet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Ventilelement als vorzugsweise kreisförmige Klappe ausgebildet, die an einer quer zur Längsachse des Kanalabschnitts in den Kanalabschnitt hineinragenden Welle verstellbar aufgenommen ist und gegen einen Ventilsitz abdichtbar ist.
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Bei einem derartigen Aufbau wird eine klare räumliche Trennung zwischen dem Stelltrieb und dem eigentlichen Ventilelement innerhalb des Kanalabschnitts gewährleistet. Somit ergibt sich eine thermische Trennung des Stelltriebs vom Kanalabschnitt, in dem heiße Gase strömen. Gleichzeitig kann ein kompakter Aufbau gewährleistet werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur im Kanalabschnitt vorgesehen, wobei der Positionssensor und der Temperatursensor über eine gemeinsame Schnittstelle angeschlossen sind.
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Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Anschlussmöglichkeit für beide Sensoren und eine einfache Montage, da nur ein einziger Steckverbinder zum Anschluss beider Sensoren an die Motorsteuerung notwendig ist.
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In bevorzugter Ausgestaltung dieser Ausführung ist ein Sensoradapter vorgesehen, der zur Kontaktierung des Positionssensors und des Temperatursensors ausgebildet ist und an dem die gemeinsame Schnittstelle vorgesehen ist.
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Somit ergibt sich ein besonders einfacher und zuverlässiger Aufbau und eine vereinfachte Montage. Sowohl der Positionssensor als auch der Temperatursensor können mithilfe des Sensoradapters kontaktiert und mit der gemeinsamen Schnittstelle verbunden werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Sensoradapter zur Aufnahme und Kontaktierung des Positionssensors sowie zur Kontaktierung des Temperatursensors ausgebildet und mit einem Stecker elektrisch verbunden.
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Hierdurch ergibt sich ein einfacher und kompakter Aufbau.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind am Sensoradapter Anschlusskontakte zur Kontaktierung des Stelltriebes vorgesehen, die mit dem Stecker gekoppelt sind.
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Somit können auch die elektrischen Anschlüsse für den Stelltrieb über den Stecker angeschlossen werden, der die Schnittstelle zum Anschluss des Positionssensors und des Temperatursensors bildet. Somit ergibt sich ein einfacher Aufbau und eine einfache Montage.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Sensoradapter über ein Stanzgitter oder eine gedruckte Schaltung mit dem Stecker elektrisch verbunden.
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Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher und zuverlässiger Aufbau.
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In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung weist der Sensoradapter ein vorzugsweise aus Kunststoff bestehendes, vorzugsweise flanschförmiges, Adaptergehäuse auf, mit einem Hohlraum, der durch einen Boden und eine umlaufende Wand nach außen abgeschlossen ist.
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Auf diese Weise wird eine einfache Möglichkeit zur Aufnahme bzw. Kontaktierung des Positionssensors und des Temperatursensors ermöglicht.
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In bevorzugter Weiterbildung dieser Ausführung ist hierbei das Stanzgitter oder die gedruckte Schaltung von einem Kunststoff umspritzt, aus dem das Adaptergehäuse besteht.
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Hierdurch ergibt sich ein besonders robuster Aufbau, der den rauen Bedingungen im Bereich einer Brennkraftmaschine angepasst ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Sensoradapter zwischen dem Stelltrieb und einem Flanschansatz aufgenommen, durch den eine mit dem Stelltrieb verbundene Welle verläuft, die in den Kanalabschnitt ragt und an der das Ventilelement aufgenommen ist.
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Auf diese Weise ergibt sich ein besonders einfacher und kompakter Aufbau und eine einfache Montage des Sensoradapters im Bereich zwischen dem Stelltrieb und dem Kanalabschnitt.
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Hierbei ist das Adaptergehäuse vorzugsweise durch umlaufende Dichtungen gegen den Stelltrieb und den Flanschansatz abgedichtet.
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Auf diese Weise ergibt sich ein zuverlässiger und robuster Aufbau.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Positionssensor am Boden des Adaptergehäuses außermittig zur Welle aufgenommen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Stecker seitlich neben dem Adaptergehäuse aufgenommen und mit diesem über einen Arm verbunden.
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Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Montagemöglichkeit für den Stecker.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind der Positionssensor und der Temperatursensor vorzugsweise über das Stanzgitter oder die gedruckte Schaltung mit einem gemeinsamen Massekontakt des Steckers verbunden.
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Auf diese Weise wird die Zahl der Anschlussstifte am Stecker reduziert.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Temperatursensor mit einem Eingang des Positionssensors gekoppelt, wobei der Positionssensor einen digitalen Ausgang aufweist, der mit dem Stecker vorzugsweise über das Stanzgitter oder die gedruckte Schaltung verbunden ist.
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Vorzugsweise weist hierbei der Positionssensor einen A/D-Wandler zur Digitalisierung eines analogen Ausgangssignals des Temperatursensors auf und die digitalen Ausgangssignale für die Temperatur und die Position werden sequentiell an den Stecker übermittelt.
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Durch diese Merkmale kann ein Kontaktstift am Stecker eingespart werden, wodurch sich der Aufbau vereinfacht und der Verkabelungsaufwand reduziert wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Temperatursensor mit einem Sensorgehäuse in einer Ausnehmung im Boden des Adaptergehäuses und/oder einer Ausnehmung des Flanschansatzes aufgenommen und weist einen Fühlerstift auf, der in den Kanalabschnitt hervorsteht.
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Auf diese Weise wird eine zuverlässige Befestigung des Temperatursensors mit seinem Sensorgehäuse im Bereich des Adaptergehäuses gewährleistet und gleichzeitig eine präzise Positionierung des die Temperatur erfassenden Fühlerstifts im Kanalabschnitt erreicht.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung steht der Flanschansatz quer zur Längsachse des Kanalabschnitts vom Kanalabschnitt nach außen hervor, wobei sich die Welle vom Stelltrieb aus durch den Sensoradapter und den Flanschansatz hindurch bis in den Kanalabschnitt erstreckt und im Flanschansatz gelagert und gegenüber dem Kanalabschnitt abgedichtet ist.
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Durch eine derartige Gestaltung ergibt sich ein besonders einfacher und kompakter Aufbau und eine robuste Ausführung.
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Es versteht sich, dass Ventil statt als Niederdruckventil auch für eine Hochdruck-Abgasrückführung geeignet ist, bei der das Abgas aus einer Hochdruck-Abgasleitung abgezweigt und einer Hochdruck-Ladeluftleitung zugeführt wird.
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Es versteht sich ferner, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Ventil, wobei sich das Ventilelement in seiner Schließstellung befindet;
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2 eine Explosionsdarstellung des Ventils gemäß 1 mit einem Ventilgehäuse, das einen Kanalabschnitt umschließt und an dem ein Flanschansatz vorgesehen ist, mit einem darüber angeordneten Sensoradapter, der zur Befestigung auf dem Flanschansatz vorgesehen ist und mit einem darüber angeordneten Stelltrieb, der zur Befestigung auf dem Sensoradapter vorgesehen ist;
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3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht auf den Sensoradapter gemäß 2 von schräg oben in einer ersten Ausführung; und
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4 eine perspektivische Ansicht auf den Sensoradapter gemäß 3, jedoch in einer leicht abgewandelten Ausführung.
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In den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils dargestellt.
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Im vorliegenden Fall ist das Ventil als Niederdruckventil ausgebildet und weist ein im Wesentlichen zylindrisches Ventilgehäuse auf, das einen Kanalabschnitt umschließt. Der Kanalabschnitt weist eine Längsachse auf und ist zur Durchströmung mit den heißen Abgasen eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Das Ventil ist für die Steuerung einer Abgasrückführung bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Fahrzeug, ausgebildet. Ventile dieser Art werden auch als Abgasrückführventile bezeichnet. Bei der hier angesprochenen Niederdruck-Abgasrückführung wird Abgas aus einer Niederdruck-Abgasleitung in Strömungsrichtung des Abgases nach einer Abgasturbine entnommen und über eine Niederdruck-Abgasrückführleitung einer Niederdruck-Ladeluftleitung zugeführt, die mit einem Ladeluftverdichter verbunden ist.
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Im hier dargestellten Fall weist das Gehäuse des Kanalabschnitts einen eingangsseitigen Flansch zum Einbau in eine Leitung, in ein Gehäuse oder dergleichen auf, sowie einen ausgangsseitigen Flansch. Dabei sind Dichtungsringe (zum Beispiel O-Ringe, nicht dargestellt) zur Abdichtung vorgesehen.
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An einer Außenseite des Ventilgehäuses ist seitlich ein Flanschansatz angeflanscht, der sich in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Kanalabschnitts erstreckt. Im Flanschansatz ist eine Welle aufgenommen, mittels eines Lagers gelagert und mit einer Dichtung gegenüber dem Kanalabschnitt abgedichtet. Die Welle erstreckt sich durch den Flanschansatz, durch einen darauf aufgenommenen Sensoradapter und wird von einem elektromagnetischen Stelltrieb angetrieben, der auch auf dem äußeren Ende des Sensoradapters befestigt ist, zum Beispiel mithilfe von Schrauben.
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Die Welle erstreckt sich durch eine Bohrung bis in den Kanalabschnitt hinein und trägt an ihrem im Kanalabschnitt befindlichen Ende ein Ventilelement in Form einer Klappe. Die Welle ist mithilfe des Stelltriebs um ihre Längsachse verschwenkbar und ermöglicht somit eine Steuerung des Ventildurchlasses zwischen einer Offenstellung, in der sich das Ventilelement parallel zur Längsachse des Kanalabschnitts befindet und zwischen einer Schließstellung, in der das Ventilelement mit einem innenwandseitigen Ventilsitz des Kanalabschnitts abdichtet.
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Um eine präzise Steuerung des Ventils in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist eine Überwachung der Betriebsparameter notwendig. Hierzu ist insbesondere ein Temperatursensor vorgesehen, der mit einem Fühlerstift in den Kanalabschnitt hineinragt. Zur präzisen Steuerung der Ventilstellung ist ferner ein Positionssensor vorgesehen, der im Sensoradapter aufgenommen ist und mit einem Sensormagnet zusammenwirkt.
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Zur Rückstellung des Ventils in eine Schließstellung ist ein Federelement in Form einer Schraubenfeder vorgesehen, das auf einem Federmitnehmer innerhalb des Flanschansatzes und mit einem Stift/Rastglied der Welle verbunden ist. Durch eine Drehbewegung der Welle wird somit das Federelement gespannt bzw. entspannt.
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Der Flanschansatz ist an seiner vom Kanalabschnitt abgewandten Seite durch eine ebene Stirnfläche abgeschlossen, wie insbesondere aus 2 näher zu ersehen ist. Von dieser Stirnfläche stehen zwei hohlzylindrische Ansatzstutzen nach außen hervor, die zur Aufnahme und Positionierung des Sensoradapters ausgebildet sind. Der Sensoradapter ist mit entsprechenden Ausnehmungen auf den Flanschansatz aufsetzbar und zusammen mit dem sich daran anschließenden Stelltrieb mittels Befestigungselementen etwa in Form von Schrauben fixierbar ist, die in entsprechende Gewindeabschnitte der Ansatzstutzen einschraubbar sind.
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Gemäß 2 ist in der Stirnfläche des Flanschansatzes ist eine Ausnehmung vorgesehen, die zur Aufnahme eines zylindrischen Sensorgehäuses des Temperatursensors vorgesehen ist. Der Fühlerstift des Temperatursensors erstreckt sich durch diese Ausnehmung hindurch bis in den Kanalabschnitt, der vom Ventilgehäuse umschlossen ist.
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Der Sensoradapter weist ein flanschförmiges Adaptergehäuse auf, mit einem ebenen Boden und einer umlaufenden Gehäusewand, die in einer ebenen Stirnfläche endet, an der eine umlaufende Nut zur Aufnahme eines elastischen Dichtungselements vorgesehen ist. Der Stelltrieb weist ein kappenförmiges Gehäuse auf, mit einem ebenen Flanschansatz an seinem dem Adaptergehäuse zugewandten Ende. Beim Aufsetzen des Stelltriebes auf den Sensoradapter dichtet der Flanschansatz mit einem zugeordneten Dichtungselement (vergleiche 1) ab.
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An seinem gegenüberliegenden Ende ist am Sensoradapter gemäß 1 eine weitere Dichtung vorgesehen, um eine Abdichtung gegenüber der Stirnfläche des Flanschansatzes zu bewirken.
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Der Sensoradapter ist zur Aufnahme, Positionierung und Kontaktierung sowohl des Temperatursensors als auch des Positionssensors vorgesehen. Gleichzeitig ist am Sensorgehäuse eine gemeinsame Schnittstelle ausgebildet, die eine Kontaktierung des Temperatursensors, des Positionssensors, als auch des Stelltriebs über einen gemeinsamen Stecker ermöglicht.
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Der nähere Aufbau des Sensoradapters ist aus den 3 und 4 näher ersichtlich.
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3 zeigt eine erste Ausführungsform des Sensoradapters.
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Hierbei ist der Positionssensor am Boden des Adaptergehäuses außermittig zur Welle befestigt. Der Positionssensor ist über zugeordnete Kontaktstellen mit einem Stanzgitter elektrisch verbunden, das sich auf dem Boden des Adaptergehäuses erstreckt und über einen seitlichen Tragarm bis in den Stecker erstreckt und mit daran vorgesehenen Kontaktstiften elektrisch verbunden ist.
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Das Adaptergehäuse ist an seinem Boden von einer Ausnehmung durchsetzt, durch die der Temperatursensor mit seinen beiden Anschlusskontakten, in das Innere des Adaptergehäuses hinein hervorsteht und unmittelbar mit dem Stanzgitter elektrisch verbunden ist. Hierbei weisen der Temperatursensor und der Positionssensor jeweils einen Massekontakt auf, der an eine gemeinsame Kontaktschiene des Stanzgitters angekoppelt ist und mit einem gemeinsamen Massekontakt am Stecker gekoppelt ist.
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Vom Boden des Adaptergehäuses stehen ferner zwei Kontaktfinger nach oben hervor, die mit zugeordneten Kontaktstiften am Stecker elektrisch verbunden sind. Beim Aufsetzen des Stelltriebes auf den Sensoradapter werden zugeordnete Stecker am Stelltrieb (nicht dargestellt) mit den Kontaktfingern verbunden.
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Ein weiterer Anschlusskontakt, der das Ausgangssignal des Temperatursensors führt, ist über das Stanzgitter mit einem Steckkontakt am Stecker gekoppelt.
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Zwei Ausgänge des Positionssensors sind mit zugeordneten Kontaktstiften des Steckers über das Stanzgitter elektrisch verbunden.
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Die elektrische Verbindung zum Positionssensor, zum Temperatursensor und zum Stelltrieb wird also insgesamt über einen einzigen Anschlussstecker hergestellt, der auf den Stecker aufgesteckt wird. Auf diese Weise wird eine einfache und zuverlässige elektrische Verbindung mit dem Kabelbaum bzw. der Motorsteuerung hergestellt.
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4 zeigt eine Abwandlung des Sensoradapters.
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Der Sensoradapter ist von seinem Gehäuseaufbau her grundsätzlich identisch mit dem Sensoradapter gestaltet. Der Unterschied liegt in einem abgewandelten elektrischen Anschluss und einer geänderten Signalführung vom Temperatursensor um den Positionssensor zum Stecker.
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Bei der Ausführung des Sensoradapters gemäß 4 weist der Positionssensor einen analogen Eingang auf, der über eine zugeordnete Anschlussleitung mit einem Ausgangskontakt des Temperatursensors gekoppelt ist. Der Positionssensor weist einen internen A/D-Wandler auf, um das analoge Ausgangssignal vom Temperatursensor in ein digitales Signal umzusetzen. Vom Positionssensor aus werden die digitalen Ausgangssignale für die Temperatur und die Position sequentiell über das Stanzgitter an zugeordnete Kontaktstifte des Steckers übermittelt. Der Massekontakt des Temperatursensors und des Positionssensors sind wiederum über eine gemeinsame Masseleitung mit einem gemeinsamen Kontaktstift des Steckers verbunden.
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Der Anschluss des Stelltriebes erfolgt wiederum über zugeordnete Kontaktfinger innerhalb des Sensoradapters, die mit zugeordneten Kontaktstiften des Steckers elektrisch verbunden sind.
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Bei der Ausführung gemäß 4 kann ein Kontaktstift des Steckers eingespart werden und gleichzeitig ergibt sich durch eine vollständige digitale Übertragung der Signale für Temperatur und Position eine sehr zuverlässige Signalübertragung.