DE102015115223B4

DE102015115223B4 - Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102015115223B4
Application number: DE102015115223.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Sinn Walther
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: DE102015115223A1

Abstract

Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Abgasventilvorrichtung (10), miteinem Gehäuse (12), das einen Ventilsitz (14) aufweist oder mit einem solchen verbindbar ist,einem relativ zum Gehäuse (12) entlang seiner Axialrichtung (a) beweglichen Ventilschaft (16),einem Führungslager (28) zum radialen Führen des Ventilschafts (16) relativ zum Gehäuse (12),einem mit dem Ventilschaft (16) verbundenen Ventilglied (18), das durch die Bewegung des Ventilschafts (16) relativ zum Gehäuse (12) vom Ventilsitz (14) abhebbar und mit diesem wieder in Kontakt bringbar ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Führungslager (28) zum radialen Führen des Ventilschafts (16) relativ zum Gehäuse (12) durch ein elastisches Element (28) gebildet ist,wobei sich das elastische Element (28) in axialer Richtung (a) entlang eines Teils des Ventilschafts (16) erstreckt und das erste axiale Ende (28a) des elastischen Elements (28) mit dem Gehäuse der Ventilvorrichtung (10) und das zweite axiale Ende (28b) des elastischen Elements (28) mit dem Ventilschaft (16) verbunden ist, wobei das Führungslager (28) zum radialen Führen des Ventilschafts (16) relativ zum Gehäuse (12) ausschließlich durch das elastische Element (28) gebildet ist, sodass die Ventilvorrichtung (10) außer dem elastischen Element (28) kein weiteres Führungslager aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine.
Aus dem Stand der Technik sind Abgas-Ventilvorrichtungen, insbesondere Abgasrückführventilvorrichtungen bekannt. Beispielsweise beschreibt DE 103 36 976 A1 eine Abgasrückführventilvorrichtung mit einem Ventilschaft, der in einer Führungsbuchse gelagert ist und gegenüber dem Gehäuse der Ventilvorrichtung in axialer Richtung beweglich ist. Der Ventilschaft ist mit einem Ventilglied, beispielsweise einem Ventilteller, verbunden. Durch eine Bewegung des Ventilschafts in axialer Richtung kann der Ventilteller von einem Ventilsitz abgehoben und mit diesem wieder in Kontakt gebracht werden. Bei offenem Ventil ist ein Strömen von Abgasen von einer Abgaszuführleitung zu einer Abgasabführleitung der Ventilvorrichtung möglich.
Nachteilig an einer radialen Führung des Ventilschafts durch eine Führungsbuchse ist, dass die Anforderungen an die Genauigkeit der Oberfläche des Ventilschafts sehr hoch sind. Dies resultiert in einer aufwendigen Fertigung und damit in erhöhten Kosten.
Des Weiteren ist aus der JP 2001-020809 A ein Abgasrückführventil bekannt, dessen Ventilstange über ein Radiallager geführt ist, wobei die Ventilstange über eine Platte mit einem Faltenbalg verbunden ist, der am entgegengesetzten Ende auf dem Gehäuse aufliegt und in dessen Inneren eine Druckfeder angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ventilvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere eine Abgasventilvorrichtung, bereit zu stellen, die kostengünstiger produziert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere eine Abgasventilvorrichtung und kann beispielsweise als Abgasrückführventil verwendet werden. Sie weist ein Gehäuse auf, das einen Ventilsitz aufweist oder mit einem solchen verbindbar ist. Relativ zum Gehäuse ist der Ventilschaft entlang seiner Axialrichtung beweglich. Das radiale Führen des Ventilschafts relativ zum Gehäuse erfolgt durch ein Führungslager. Mit dem Ventilschaft ist ein Ventilglied verbunden, das durch die Bewegung des Ventilschafts relativ zum Gehäuse vom Ventilsitz abhebbar und mit diesem wieder in Kontakt bringbar ist.
Erfindungsgemäß ist das Führungslager zum radialen Führen des Ventilschafts relativ zum Gehäuse durch ein elastisches Element gebildet. Hierbei erstreckt sich das elastische Element in axialer Richtung entlang eines Teils des Ventilschafts. Das erste axiale Ende des elastischen Elements ist mit dem Gehäuse der Ventilvorrichtung verbunden, während das zweite axiale Ende des elastischen Elements mit dem Ventilschaft verbunden ist. Dabei ist das elastische Element ein Faltenbalg, so dass das radiale Führen des Ventilschafts durch die Feder des Faltenbalgs erfolgt.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Führungslager zum radialen Führen des Ventilschafts relativ zum Gehäuse ausschließlich durch das elastische Element gebildet ist, sodass die Ventilvorrichtung außer dem elastischen Element kein weiteres Führungslager aufweist.
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung bietet den Vorteil, dass die bisher verwendete Führungsbuchse zur radialen Führung des Ventilschafts relativ zum Gehäuse entfallen kann. Weiterhin können die Anforderungen an die Genauigkeit der Oberfläche des Ventilschafts reduziert werden. Dies hat insgesamt eine Kostenreduzierung bei der Fertigung der Ventilvorrichtung zur Folge. Eine bisher notwendige Rückholfeder, durch die das Ventilglied selbsttätig gegen den Ventilsitz gedrückt wird, kann in bevorzugter Ausführungsform entfallen. Auch eine Klemmgefahr, wie sie bisher beim Stand der Technik aufgrund von Ruß- und Kondensatrückständen zwischen dem Ventilschaft und der Führungsbuchse bestanden hat, kann durch die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung vermieden werden.
In bevorzugter Ausführungsform ist der Faltenbalg aus Metall ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass durch das elastische Element eine Rückstellkraft in axialer Richtung auf den Ventilschaft aufgebracht wird, sodass das Ventilglied selbsttätig gegen den Ventilsitz gedrückt wird. Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung wird somit durch das elastische Element geschlossen gehalten, ohne dass eine externe Kraft, beispielsweise durch einen elektrischen oder pneumatischen Aktuator, aufgebracht werden muss.
In bevorzugter Ausführungsform sind der Ventilsitz und/oder das Ventilglied im Querschnitt konisch ausgebildet, sodass hierdurch ein selbsttätiges Zentrieren des Ventilglieds gegenüber dem Ventilsitz erfolgt. Dies ist vorteilhaft, da durch das erfindungsgemäße elastische Element keine so präzise Radialführung des Ventilschafts wie durch eine Führungsbuchse möglich ist. Bevorzugt ist nur eines der Elemente aus Ventilglied und Ventilsitz konisch ausgebildet, sodass sich der Ventilsitz und das Ventilglied nicht entlang einer Fläche, sondern lediglich entlang einer Linie berühren, die beispielsweise bei kreisrunder Ausgestaltung des Ventilglieds um dessen Umfang herum verläuft.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Ventilschaft einen Durchmesser von weniger als 6 mm aufweist. Ein so geringer Durchmesser des Ventilschafts wird dadurch ermöglicht, dass dieser keine Führungsaufgaben mehr erfüllen muss.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Feder des Faltenbalgs konisch ausgebildet.
In dieser Ausgestaltung kann beispielsweise der Innenraum des Faltenbalgs mit einer Abgaszuführöffnung der Abgasventilvorrichtung verbunden sein, sodass durch den Abgasdruck in der Abgasventilvorrichtung ein Unterstützen der Federkraft des Faltenbalgs erfolgt.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung eine Abgaszuführöffnung zum Zuführen von Abgasen der Verbrennungskraftmaschine zur Ventilvorrichtung auf. Ferner ist eine Abgasabführöffnung zum Abführen von Abgasen von der Ventilvorrichtung vorgesehen. Bei geöffnetem Ventil, nämlich bei nicht am Ventilsitz anliegenden Ventilglied, ist die Abgaszuführöffnung derart mit der Abgasabführöffnung verbunden, dass ein Strömen von Abgasen von der Abgaszuführöffnung zu der Abgasabführöffnung ermöglicht ist. Dies entspricht einer üblichen Funktion eines aus dem Stand der Technik bekannten Abgasrückführventils.
Es ist bevorzugt, dass der Aktuator, über den der Ventilschaft in axialer Richtung angetrieben wird, mit dem Ventilschaft über ein Hebelgetriebe verbunden ist.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert, es zeigen:

1a und 1b eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung.
2a und 2b eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung.
3a und 3b verschiedene Ausgestaltungen einer selbstzentrierenden Ventilsitzgeometrie.

In 1a und 1b ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung (10) dargestellt. Der Ventilschaft (16) ist an seinem unteren Ende mit einem Ventilglied (18), nämlich einem Ventilteller, verbunden. Bei geschlossenem AGR-Ventil (10) liegt dieser Ventilteller (18) am Ventilsitz (14) an. Der Ventilsitz (14) ist im Querschnitt konisch ausgebildet (siehe hier die geschnittene Ansicht in 1b).
Eine Führung des Ventilschafts (16) in radialer Richtung (r) gegenüber dem Gehäuse (12) erfolgt ausschließlich durch den Faltenbalg (28). Ein zusätzliches Führungselement, beispielsweise in Form einer Führungsbuchse, ist nicht vorhanden. Das erste axiale Ende (28a) des Faltenbalgs (28) ist mit dem Gehäuse (12) verbunden. Das zweite axiale Ende (28b) des Faltenbalgs (28) ist mit einem oberen Teil des Ventilschafts (16) verbunden. Hierdurch wird der Ventilschaft (16) durch den Faltenbalg (28) nach unten gedrückt, sodass der Ventilteller (18) gegen den Ventilsitz (14) gedrückt wird.
Es ist bevorzugt, dass der Ventilschaft (16) in dem Bereich, in dem er durch das Gehäuse (12) geführt ist, in radialer Richtung keinen Kontakt zum Faltenbalg (28) hat. Anders ausgedrückt, weist der Faltenbalg (28) an dieser Stelle einen derartigen Innendurchmesser auf, dass die Innenseite des Faltenbalgs in radialer Richtung vom Ventilschaft (16) beabstandet ist. Die radiale Führung des Ventilschafts (16) erfolgt somit bevorzugt durch den elastischen Teil des Faltenbalgs (28). Die Innenseite dieses elastischen Teils des Faltenbalgs liegt somit entlang eines Teils des Ventilschafts (16) an diesem an und führt diesen in radialer Richtung. Diese Merkmale können auch bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2a und 2b Anwendung finden.
Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung (10) ist in den 2a und 2b dargestellt. Im Unterschied zu den 1a und 1b befindet sich hier der Faltenbalg (28) unter dem Gehäuseteil (12) und zieht den Ventilschaft (16) nach oben, sodass der Ventilteller (18) erneut gegen den Ventilsitz (14) gedrückt wird. Die sonstige Funktion dieser Ausführungsform entspricht der Ausführungsform gemäß 1a und 1b.
Mögliche Ausgestaltungen einer selbstzentrierenden Ventilsitzgeometrie sind in den 3a und 3b dargestellt. Hier ist erkennbar, dass ausschließlich der Ventilsitz (14) konisch ausgebildet ist, während das Ventilglied (18) im Querschnitt eine zylindrische Form aufweist. Das Ventilglied (18) liegt somit nicht entlang einer Fläche, sondern lediglich entlang einer um seinen Umfang herumlaufenden Linie am Ventilsitz (14) an. Hierdurch erfolgt ein selbsttätiges Zentrieren des Ventilglieds (18) gegenüber dem Ventilsitz (14).
Die Ausgestaltung gemäß 3a entspricht hierbei der Ausführungsform gemäß den 2a und 2b, während die Ausgestaltung gemäß 3b den Ausführungsformen gemäß 1a und 1b entspricht.
Wie in 3a gestrichelt dargestellt, kann in bevorzugter Ausführungsform der Faltenbalg (28) konisch ausgebildet sein. Der Innenraum dieses konischen Faltenbalgs (28) kann mit dem Gasdruck des AGR-Ventils beaufschlagt sein, sodass hierdurch seine Federkraft unterstützt wird.
Es sollte deutlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Insbesondere kann beispielsweise eine axiale Vorspannung zur Erzeugung einer Rückstellfunktion auch durch ein zusätzliches Federelement eingebracht werden.

Claims

Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Abgasventilvorrichtung (10), mit einem Gehäuse (12), das einen Ventilsitz (14) aufweist oder mit einem solchen verbindbar ist, einem relativ zum Gehäuse (12) entlang seiner Axialrichtung (a) beweglichen Ventilschaft (16), einem Führungslager (28) zum radialen Führen des Ventilschafts (16) relativ zum Gehäuse (12), einem mit dem Ventilschaft (16) verbundenen Ventilglied (18), das durch die Bewegung des Ventilschafts (16) relativ zum Gehäuse (12) vom Ventilsitz (14) abhebbar und mit diesem wieder in Kontakt bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungslager (28) zum radialen Führen des Ventilschafts (16) relativ zum Gehäuse (12) durch ein elastisches Element (28) gebildet ist, wobei sich das elastische Element (28) in axialer Richtung (a) entlang eines Teils des Ventilschafts (16) erstreckt und das erste axiale Ende (28a) des elastischen Elements (28) mit dem Gehäuse der Ventilvorrichtung (10) und das zweite axiale Ende (28b) des elastischen Elements (28) mit dem Ventilschaft (16) verbunden ist, wobei das Führungslager (28) zum radialen Führen des Ventilschafts (16) relativ zum Gehäuse (12) ausschließlich durch das elastische Element (28) gebildet ist, sodass die Ventilvorrichtung (10) außer dem elastischen Element (28) kein weiteres Führungslager aufweist.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (28) ein Faltenbalg ist und das radiale Führen des Ventilschafts (16) durch die Feder des Faltenbalgs (28) erfolgt.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (28) aus Metall ausgebildet ist.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (14) und/oder das Ventilglied (18) im Querschnitt konisch ausgebildet sind, sodass hierdurch ein selbsttätiges Zentrieren des Ventilglieds (18) gegenüber dem Ventilsitz (14) erfolgt.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (16) einen Durchmesser von weniger als 6 mm aufweist.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder des Faltenbalgs (28) konisch ausgebildet ist.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Faltenbalgs (28) mit einer Abgaszuführöffnung der Abgasventilvorrichtung (19) verbunden ist, sodass durch den Abgasdruck in der Abgasventilvorrichtung (10) ein Unterstützen der Federkraft des Faltenbalgs (28) erfolgt.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch: eine Abgaszuführöffnung (20) zum Zuführen von Abgasen der Verbrennungskraftmaschine zur Ventilvorrichtung (10), eine Abgasabführöffnung (22) zum Abführen von Abgasen von der Ventilvorrichtung (10), wobei bei geöffnetem Ventil, nämlich bei nicht am Ventilsitz (14) anliegenden Ventilglied (18), die Abgaszuführöffnung (20) derart mit der Abgasabführöffnung (22) verbunden ist, dass ein Strömen von Abgasen von der Abgaszuführöffnung (20) zu der Abgasabführöffnung (22) ermöglicht ist.