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Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal, einem Abgasrückführkanal, der in den Ansaugkanal mündet, einem Gehäuse, in dem der Ansaugkanal und zumindest eine Mündung des Abgasrückführkanals ausgebildet sind, einer als Drehachse dienenden Welle, die im Gehäuse bezüglich des Luftstroms stromaufwärts der Mündung des Abgasrückführkanals und außerhalb des Durchströmungsquerschnitts angeordnet ist und senkrecht zu den Mittelachsen oder einer Parallelen zu den Mittelachsen des Ansaugkanals und des Abgasrückführkanals angeordnet ist, einem Regelkörper, der exzentrisch an der Welle befestigt ist, und über die der Regelkörper im Ansaugkanal drehbar ist, einem ersten Ventilsitz, an dem der Regelkörper in einer ersten Endstellung anliegt, in der der Regelkörper den Ansaugkanal verschließt und einem zweiten Ventilsitz, an dem der Regelkörper in einer zweiten Endstellung anliegt, in der der Regelkörper den Abgasrückführkanal verschließt.
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Regelvorrichtungen werden in Verbrennungskraftmaschinen genutzt, um Abgas- oder Luftmengen zu regeln, die abgeführt oder der Verbrennung zugeführt werden sollen. Auch Kombinationen dieser Regelventile, bei denen zwei Ventilkörper über eine gemeinsame Stellvorrichtung betätigt werden, sind bekannt. Insbesondere wurden Kombinationen eines Abgasrückführventils mit einer Drosselklappe offenbart. Bei diesen Ausführungen mündet der Abgasrückführkanal unmittelbar stromabwärts der als Drosselventil dienenden Klappe in den Luftansaugkanal. Bei gewünschter Erhöhung der Abgasrückführrate wird dann mit Öffnen des Abgasrückführventils in gleichem Maße die Drosselklappe geschlossen, was eine Erhöhung des Druckgefälles im Abgasrückführkanal zur Folge hat, wodurch der Anteil des Abgases im Vergleich zur angesaugten Luftmenge erhöht wird. Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in der
DE 27 03 687 A1 offenbart.
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Des Weiteren offenbart die
AT 003 762 U1 ein Einlasssystem mit mehreren Luftansaugkanälen und Abgasrückführkanälen, wobei ein Klappenkörper in einer ersten Endstellung den Abgasrückführkanal und in einer zweiten Endstellung den Luftkanal verschließt. In dieser letztgenannten Stellung liegt der Klappenkörper lediglich mit seinem von der Welle entfernten Ende unter einem Winkel von etwa 60° zur Mittelachse gegen die Kanalwand des Strömungsgehäuses an. Ein vollständiger Verschluss des Luftkanals ist somit nicht möglich, da immer ein Spalt in den anderen Bereichen der Klappe zum Kanalgehäuse erhalten bleibt.
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Aus der
DE 10 2012 101 851 B4 ist ebenfalls eine solche Regelvorrichtung bekannt, bei der zwei parallel angeordnete Klappen über eine gemeinsame Drehwelle betätigt werden, so dass mit Drehung der beiden Klappen sich die erste Klappe vom Ventilsitz des Luftansaugkanals entfernt während sich die zweite Klappe dem Ventilsitz des Abgasrückführkanals, der senkrecht zum Ventilsitz des Luftansaugkanals angeordnet ist, nähert bis der Luftansaugkanal vollständig geöffnet ist und der Abgasrückführkanal vollständig verschlossen ist. Sowohl für die den Abgasrückführkanal beherrschende zweite Klappe als auch für die den Luftansaugkanal beherrschende erste Klappe sind die Ventilsitze jeweils als umlaufende Anschläger ausgebildet, gegen die die Klappen in ihrer den jeweiligen Kanal verschließenden Stellung umlaufend aufliegen. Die Drehwelle ist an einer Gehäusewand zwischen der Mündung des Abgasrückführkanals und dem Ventilsitz im Luftansaugkanal angeordnet, so dass die Strömung nicht durch die Welle beeinflusst wird.
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Durch diese bekannten Anordnungen wird zwar eine gute Regelung des Abgasrückführsystems bei Minimierung der Kosten und Bauteile erreicht, jedoch hat es sich herausgestellt, dass in einem mittleren Bereich des Öffnungswinkels der beiden Klappen über einen Stellbereich von etwa 40% des Gesamtverstellweges praktisch keine Regelung stattfindet und sowohl der Luftmassenstrom als auch der zurückgeführte Abgasstrom im Wesentlichen unverändert bleiben. Eine Drosselung des Luftansaugkanals hat somit beinahe keinen Einfluss auf die rückführbare Abgasmenge.
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Dies führt dazu, dass in diesem Stellbereich die Regelung träge reagiert und gewünschte Einstellzeiten zum Teil nicht eingehalten werden können.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mit der eine möglichst genaue und schnelle Regelbarkeit des Luft- und des Abgasstroms über einen möglichst großen Anteil des gesamten Stellbereich ermöglicht wird. Hierzu soll auch im mittleren Stellbereich eine Änderung der Gasströme erzielt werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
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Dadurch, dass eine durch den ersten Ventilsitz aufgespannte Ebene zur Mittelachse des Ansaugkanals einen Winkel von 70° bis 80° einschließt, kann der Drehwinkelbereich, in dem lediglich eine geringe Volumenstromänderung des Abgasstroms und des Luftstroms festzustellen ist, auf etwa 20% des Stellbereiches reduziert werden. Dies ermöglicht eine schnellere Regelung der zurückgeführten Abgasmenge und daraus resultierend können Schadstoffemissionen reduziert werden.
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Vorzugsweise ist eine durch den zweiten Ventilsitz aufgespannte Ebene parallel zur Mittelachse des Ansaugkanals angeordnet und schließt zur durch den ersten Ventilsitz aufgespannten Ebene einen Winkel von 70° bis 80° ein. Somit beträgt der zu durchfahrende Drehwinkelbereich ebenfalls etwa 70° bis 80°. Dies bedeutet, dass der Stellbereich im Vergleich zu bekannten Ausführungen verringert wird, jedoch ohne dass die Drehwinkelbereiche, in denen ohnehin eine gute Regelbarkeit vorliegt, verkleinert würden. In diesen Bereichen bleibt die Steigung der Regelkurve im Wesentlichen unverändert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Regelkörper eine erste Klappe auf, die mit dem ersten Ventilsitz zusammenwirkt und eine zweite Klappe auf, die mit dem zweiten Ventilsitz zusammenwirkt, wobei die erste Klappe exzentrisch an der Welle befestigt ist und die zweite Klappe an der ersten Klappe befestigt ist. Durch die Ausführung mit zwei Klappen kann die Anordnung der Ventilsitze zueinander mit deutlich ungenaueren Toleranzen erfolgen. Des Weiteren kann der Regelkörper vollständig aus dem durchströmten Bereich des Luftansaugkanals herausgedreht werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die zweite Klappe auf einer sich senkrecht zu den beiden Klappen erstreckenden Halteachse, die fest mit der ersten Klappe verbunden ist, angeordnet ist, wobei die zweite Klappe über eine Feder, die die Halteachse umgibt, axial gegen einen Anschlag belastet ist und die Öffnung in der zweiten Klappe zur Aufnahme der Halteachse einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist als die Halteachse, in dem Abschnitt, an dem die zweite Klappe angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass die zweite Klappe im Vergleich zur ersten Klappe und im Vergleich zur Welle auf der Halteachse kippen kann und so über die Feder immer flächig auf den zweiten Ventilsitz gedrückt wird, wodurch vorhandene Leckagen im geschlossenen Zustand des Abgasrückführkanals minimiert werden.
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In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung erstreckt sich die zweite Klappe parallel zur ersten Klappe. Diese Ausführung ist besonders einfach herstellbar. Des Weiteren konnten gerade bei der daraus folgenden senkrechten Anordnung der Mittelachse des Luftansaugkanals zur Mittelachse des Abgasrückführkanals besonders gute, weitestgehend lineare Regelkurven über einen großen Drehwinkelbereich erzielt werden.
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Vorzugsweise ist der erste Ventilsitz durch ein axiales Ende eines ersten Gehäuseteils des Gehäuses gebildet, welches in ein zweites Gehäuseteil des Gehäuses eingeschoben ist, an welchem die Mündung des Abgasrückführkanals ausgebildet ist, wobei das erste Gehäuseteil über einen Flansch mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden ist. Entsprechend kann auf die Ausbildung eines Ventilsitzes, der im Innern des Gehäuses mechanisch erzeugt werden muss, verzichtet werden. Auch entfallen komplizierte Gussformen zur Herstellung eines vollumfänglich wirkenden Ventilsitzes. Das Gehäuse kann somit kostengünstig mit geringem Aufwand hergestellt und montiert werden.
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In einer hierzu weiterführenden vorteilhaften Ausführung weist das erste Gehäuseteil einen geringeren Umfang auf als das zweite Gehäuseteil und der Regelkörper taucht in seiner den Abgasrückführkanal verschließenden zweiten Endstellung in eine Ausnehmung im zweiten Gehäuseteils ein, so dass der Durchströmungsquerschnitt des ersten Gehäuseteils vollständig geöffnet ist. Dies hat zur Folge, dass bei vollständiger Öffnung des Luftansaugkanals kein Strömungswiderstand vorhanden ist und somit große Luftmengen angesaugt werden können. Auch in der teilweise geöffneten Stellung des Regelkörpers werden lediglich glatte Strömungsflächen ohne zusätzliche Einbauten und daraus folgenden Strömungswiderständen verwirklicht. Hierdurch entstehen weitestgehend lineare Regelkurven für die vorhandenen Gasmassenströme.
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Es wird somit eine Regelvorrichtung geschaffen, mit der sowohl der Luftmassenstrom im Ansaugkanal als auch der Abgasmassenstrom des Abgasrückführkreises über einen sehr großen Stellwinkelbereich schnell und genau entlang einer in weiten Teilen linearen Kennlinie regelbar ist. Der Bereich, in dem bei Betätigung der Welle lediglich geringfügige Massenstromänderungen erzielt werden, wird deutlich eingeschränkt. Somit wird die Regelbarkeit des in den Ansaugkanal zurückgeführten Abgasmassenstroms deutlich verbessert.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
- Die 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung mit einem Regelkörper in einer ersten Endstellung in geschnittener Darstellung.
- Die 2 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung aus 1 mit einem Regelkörper in einer Mittelposition in geschnittener Darstellung.
- Die 3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung aus 1 mit einem Regelkörper in einer zweiten Endstellung in geschnittener Darstellung.
- Die 4 zeigt eine Kennlinie der resultierenden Regelkurve der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung.
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Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 10, welches einen Ansaugkanal 12 begrenzt und in dem eine Mündung 14 eines Abgasrückführkanals 16 ausgebildet ist. Der Ansaugkanal 12 verläuft im Wesentlichen in gerader Richtung, während der Abgasrückführkanal 16 senkrecht zum Ansaugkanal 12 in diesen mündet.
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Das Gehäuse 10 besteht aus einem ersten im Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten Gehäuseteil 18, dessen stromabwärtiges Ende schräg ausgebildet ist und einen Winkel α von etwa 75° zu einer Mittelachse 20 des Ansaugkanals 12 einschließt. Dieses erste Gehäuseteil 18 ist im Innern eines zweiten Gehäuseteils 22 angeordnet, beziehungsweise wird in das zweite Gehäuseteil 22 bis zur Anlage eines Flansches 24 eingeschoben, über den das erste Gehäuseteil 18 mittels Schrauben 26 am zweiten Gehäuseteil 22 befestigt ist. Das zweite Gehäuseteil 22 weist eine Öffnung 28 auf, welche in Strömungsrichtung in kurzem Abstand hinter dem schrägen Ende des ersten Gehäuseteils 18 angeordnet ist und welches als Aufnahme für ein drittes Gehäuseteil 30 dient, welches die Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 bildet, dessen Mittelachse 34 senkrecht zur Mittelachse 20 des Ansaugkanals 12 angeordnet ist.
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Im Gehäuse 10 ist eine Welle 36 drehbar angeordnet, die über einen nicht sichtbaren Aktor betätigt werden kann. Die Drehachse 38 dieser Welle 36 ist senkrecht zu den Mittelachsen 20, 34 angeordnet und befindet sich zwischen der zur Welle 36 stromabwärtigen Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 und dem axialen Ende des ersten Gehäuseteils 18 und unmittelbar stromabwärts des ersten Gehäuseteils 18. Der Durchströmungsquerschnitt des ersten Gehäuseteils 18 ist kleiner als der des zweiten Gehäuseteils 22 des Ansaugkanals 12, wobei das erste Gehäuseteil 18 derart am zweiten Gehäuseteil 22 befestigt ist, dass eine im Bereich der Mündung des Abgasrückführkanals 16 ausgebildete Ausnehmung 40 außerhalb des Durchströmungsquerschnitts angeordnet ist, in der die Welle 36 das zweite Gehäuseteil 22 durchdringend angeordnet ist.
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An dieser exzentrisch im Ansaugkanal 12 angeordneten Welle 36 ist ein Regelkörper 42 befestigt, der aus einer ersten Klappe 44 sowie einer über eine Halteachse 46 an der ersten Klappe 44 befestigten zweiten Klappe 48 besteht. Die erste Klappe 44 erstreckt sich gerade von der Welle 36 aus und beherrscht den Durchströmungsquerschnitt des Ansaugkanals 12. Hierzu wirkt die erste Klappe 44 mit dem axialen Ende des ersten Gehäuseteils 18 zusammen, das als erster Ventilsitz 50 dient, auf dem die Klappe 44 im den Ansaugkanal 12 verschließenden Zustand, wie er in 1 dargestellt ist, anliegt.
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In der ersten Klappe 44 ist im zentralen Bereich eine Bohrung 52 ausgebildet, in der die Halteachse 46 befestigt ist. Diese erstreckt sich zur zum ersten Gehäuseteil 18 gegenüberliegenden Seite senkrecht zur ersten Klappe 44. Die Halteachse 46 weist mehrere axial hintereinanderliegende Abschnitte unterschiedlicher Durchmesser auf, von denen der erste Abschnitt 54 die Bohrung 52 durchdringt und im hinteren Bereich zur Erzeugung einer Nietverbindung umgeformt ist und der zweite, größere Abschnitt 56 flächig gegen die Klappe 44 anliegt. Ein dritter axialer Abschnitt 58 weist einen kleineren Durchmesser als der zweite Abschnitt 56 auf, gefolgt von einem vierten Abschnitt 60 mit wiederum verkleinertem Durchmesser. Auf diesem vierten Abschnitt 60 ist die zweite Klappe 48 angeordnet, welche eine zentrale Öffnung 62 aufweist, durch die die Halteachse 46 dringt, wobei der Durchmesser dieser Öffnung 62 etwas größer ist als der Durchmesser des vierten Abschnitts 60, wodurch die zweite Klappe 48 auf der Halteachse 46 leicht gekippt werden kann. Eine Feder 64 umgibt ebenfalls den vierten Abschnitt 60 und drückt die Klappe 48 gegen einen als Anschlag 65 dienenden kugeligen Absatz zwischen dem dritten Abschnitt 58 und dem vierten Abschnitt 60. Als Widerlager für diese Feder 64 dient eine Scheibe 66, welche auf einem fünften Abschnitt 68 der Halteachse 46 angeordnet ist, wo sie durch Umformen, eines die Scheibe 66 durchdringenden folgenden Abschnitts 70 der Halteachse 46 befestigt wird. Diese Befestigung der zweiten Klappe 48 führt dazu, dass bei Drehung der Welle 36 in eine zweite Endstellung, wie sie in 3 dargestellt ist, in der die zweite Klappe 48 auf der als zweiten Ventilsitz 72 dienenden Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 aufliegt, ein vollständiger dichter Verschluss des Abgasrückführkanals 16 erfolgt, da die Klappe 48 ihre Stellung durch die mögliche Kippbewegung an die Lage des zweiten Ventilsitzes 72 anpassen kann, auch wenn dieser nicht vollständig parallel zur Mittelachse 20 des Ansaugkanals 12 ausgebildet ist.
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Aus alledem folgt, dass zwischen einer Ebene 74, die durch den ersten Ventilsitz 50 aufgespannt wird und einer zweiten Ebene 76, die durch den zweiten Ventilsitz 72 aufgespannt wird, ein Winkel von 75° eingeschlossen wird, welcher gleichzeitig dem Gesamtdrehwinkel der Welle 36 beziehungsweise des Regelkörpers 42 zwischen den beiden Endstellungen entspricht. Durch diese Maßnahme, den Drehwinkel im Vergleich zu bekannten Ausführungen derart zu verkleinern, wird erreicht, dass über etwa 80% des Gesamtdrehwinkels eine etwa lineare Regelung des zurückgeführten Abgasmassenstorms und des Luftstroms erreicht wird, wie in 4 zu erkennen ist. Lediglich im mittleren Drehwinkelbereich 80 etwa zwischen 25° und 40° ist beinahe keine Änderung des Abgasmassenstroms 82 und des Luftansaugstroms 84 zu erkennen. In den anderen Bereichen ist jedoch insbesondere der Abgasstrom beinahe linear zum Drehwinkel des Regelkörpers 42 regelbar. Bei Ausführungen mit Ventilsitzen, die im 90°Winkel zueinander angeordnet sind, beträgt der Anteil, in der praktisch keine Volumenstromänderungen vorliegen, etwa 40% der Regelstrecke, was einem Drehwinkel von etwa 35° entspricht. Somit wird eine deutliche Verbesserung der Regelbarkeit erzielt.
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Die beschriebene Regelvorrichtung eignet sich somit zur sehr exakten Dosierung eines Abgasmassenstroms in einen Luftmassenstrom und zur exakten Regelung des Luftmassenstroms mit nur einem Aktor. Die Herstellung dieser Regelvorrichtung ist kostengünstig und montagefreundlich.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere kann der die Lage der Ventilsitze im Bereich zwischen 70° und 80° gewählt werden, um entsprechende Ergebnisse zu erzielen. Auch sind verschiedene Modifikationen bezüglich des Zusammenbaus und der Ausformung der Gehäuseteile und der beiden Klappen denkbar. Auch sollte klar sein, dass durch entsprechende Ausformung der Klappenkörper und der umgebenden Kanalwände verschiedene Kennlinien verwirklicht werden können.
