DE102019101051A1 - Exhaust gas recirculation valve for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Abgasrückführventile für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse (10) mit einem Einlass (12) und einem Auslass (14), einem translatorisch bewegbaren Ventilkörper (36), durch dessen Bewegung ein Durchströmungsquerschnitt zwischen dem Einlass (12) und dem Auslass (14) regelbar ist, einer Ventilstange (24), die mit dem Ventilkörper (36) fest verbunden ist, einem Aktor (18), über den die Ventilstange (24) mit dem Ventilkörper (36) auf einen Ventilsitz (38) absetzbar oder von dem Ventilsitz (38) abhebbar ist, der den regelbaren Durchströmungsquerschnitt umgibt, einer Führungsbuchse (32), die im Gehäuse (10) angeordnet ist und in der die Ventilstange (24) gelagert ist, und Dichtmitteln (42) zur Abdichtung eines Spaltes zwischen der Führungsbuchse (32) und der in der Führungsbuchse (32) bewegbaren Ventilstange (24), sind bekannt, jedoch häufig bei hoher thermischer Belastung empfindlich gegen Verunreinigungen.Um eine Leichtgängigkeit und hohe Dichtigkeit auch bei hohen thermischen Belastungen sicher zu stellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass auf der Ventilstange (24) in einem zum Ventilkörper (36) weisenden ersten Führungsabschnitt (50) innerhalb der Führungsbuchse (32) ein oder mehrere Kolbenringe (44) angeordnet sind, über die die Ventilstange (24) in der Führungsbuchse (32) gleitend gelagert ist und in einem weiter vom Ventilkörper (36) entfernten zweiten Führungsabschnitt (52) die Ventilstange (24) unmittelbar in der Führungsbuchse (32) gleitend gelagert ist.Exhaust gas recirculation valves for an internal combustion engine with a housing (10) with an inlet (12) and an outlet (14), a translationally movable valve body (36), the movement of which allows a flow cross-section between the inlet (12) and the outlet (14) to be regulated , a valve rod (24) which is fixedly connected to the valve body (36), an actuator (18) via which the valve rod (24) with the valve body (36) can be placed on a valve seat (38) or from the valve seat (38 ) which surrounds the controllable flow cross-section, a guide bushing (32) which is arranged in the housing (10) and in which the valve rod (24) is mounted, and sealing means (42) for sealing a gap between the guide bushing (32) and the valve rod (24) which can be moved in the guide bush (32) are known, but are often sensitive to impurities when exposed to high thermal loads. To ensure smooth operation and high tightness even at high thermal loads To ensure loads, it is proposed according to the invention that one or more piston rings (44) are arranged on the valve rod (24) in a first guide section (50) facing the valve body (36) within the guide bush (32), via which the valve rod ( 24) is slidably mounted in the guide bushing (32) and the valve rod (24) is slidably supported directly in the guide bushing (32) in a second guide section (52) further away from the valve body (36).
Description
Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, einem translatorisch bewegbaren Ventilkörper, durch dessen Bewegung ein Durchströmungsquerschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass regelbar ist, einer Ventilstange, die mit dem Ventilkörper fest verbunden ist, einem Aktor über den die Ventilstange mit dem Ventilkörper auf einen Ventilsitz absetzbar oder von dem Ventilsitz abhebbar ist, der den regelbaren Durchströmungsquerschnitt umgibt, einer Führungsbuchse, die im Gehäuse angeordnet ist und in der die Ventilstange gelagert ist und Dichtmitteln zur Abdichtung eines Spaltes zwischen der Führungsbuchse und der in der Führungsbuchse bewegbaren Ventilstange.The invention relates to an exhaust gas recirculation valve for an internal combustion engine with a housing with an inlet and an outlet, a translationally movable valve body, the movement of which allows a flow cross section between the inlet and the outlet to be regulated, a valve rod, which is fixedly connected to the valve body, an actuator Via which the valve rod with the valve body can be placed on a valve seat or can be lifted off the valve seat that surrounds the controllable flow cross-section, a guide bushing that is arranged in the housing and in which the valve rod is mounted, and sealing means for sealing a gap between the guide bushing and the valve rod movable in the guide bush.
Abgasrückführventile dienen zur Regelung eines in die Zylinder des Verbrennungsmotors zurückgeführten Abgasstromes, der in den Zylindern erneut der Verbrennung zugeführt wird, und die Stickstoffemissionen zu reduzieren.Exhaust gas recirculation valves are used to regulate an exhaust gas flow which is returned to the cylinders of the internal combustion engine, which is fed back to the combustion in the cylinders, and to reduce the nitrogen emissions.
Diese Ventile werden üblicherweise als Hubventile ausgeführt, bei denen ein an einer Ventilstange befestigter Ventilkörper über einen Aktor von einem Ventilsitz zwischen einem Einlass und einem Auslass abhebbar ist oder auf diesen absenkbar ist, wobei zur genauen Regelung auch Zwischenpositionen exakt angefahren werden können. Abhängig von der vorhandenen Motorlast wird so der freie Querschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass geregelt, um einen optimalen Abgasstrom zurückzuführen. Für eine möglichst genaue Regelung werden zumeist elektromotorische Aktoren mit nachgeschalteten Getrieben zur Betätigung der mit dem Ventilkörper gekoppelten Ventilstange verwendet. These valves are usually designed as lift valves in which a valve body attached to a valve rod can be lifted or lowered onto an actuator from a valve seat between an inlet and an outlet, intermediate positions being able to be approached exactly for precise control. Depending on the existing engine load, the free cross-section between the inlet and the outlet is regulated in order to return an optimal exhaust gas flow. For the most accurate possible control, mostly electric motor actuators with downstream gears are used to actuate the valve rod coupled to the valve body.
Problematisch sind jedoch die korrosiven Gase sowie die im Abgasstrom enthaltenen Partikel, beispielsweise Rußpartikel im Abgasstrom eines Dieselmotors sowie die vorhandene thermische Belastung der Ventile und deren Aktoren. Diese setzen sich an der Ventilstange beziehungsweise zwischen der Ventilstange und der Führungsbuchse ab und führen zu einer Schwergängigkeit des Ventils, was bis zu einem Blockieren des Ventils führen kann. Zusätzlich gelangen heiße Abgasströme entlang der Ventilstange zum Aktor und können dort zu einer thermischen Überlastung führen.However, the corrosive gases and the particles contained in the exhaust gas stream, for example soot particles in the exhaust gas stream of a diesel engine, and the existing thermal load on the valves and their actuators are problematic. These settle on the valve rod or between the valve rod and the guide bushing and make the valve stiff, which can lead to the valve becoming blocked. In addition, hot exhaust gas flows along the valve rod to the actuator and can lead to thermal overload.
Daher sind verschiedene Möglichkeiten zur Reduzierung der Ablagerungen und zur Abdichtung der Ventilstange bekannt geworden. So wird in der
Problematisch ist es jedoch, dass weiterhin Partikel in die Gleitpaarung zwischen der Ventilstange und der Führungsbuchse eindringen können, die die Führungsbuchse oder die Ventilstange schädigen, wodurch die Leichtgängigkeit der Ventilstange eingeschränkt wird. Des Weiteren kann ein Eindringen von Gas in Richtung des Aktors nicht ausgeschlossen werden, wodurch die thermische Belastung steigt, so dass häufig zusätzliche Kühlungen des Aktors notwendig werden.However, it is problematic that particles can continue to penetrate into the sliding pairing between the valve rod and the guide bushing, which damage the guide bushing or the valve rod, as a result of which the smooth movement of the valve rod is restricted. Furthermore, penetration of gas in the direction of the actuator cannot be ruled out, which increases the thermal load, so that additional cooling of the actuator is often necessary.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Abgasrückführventil für eine Verbrennungskraftmaschine bereit zu stellen, welches über eine lange Lebensdauer sowohl ein Eindringen von Partikeln als auch von Abgasen in Richtung des Aktors und in Richtung des Gleitbereiches zwischen der Führungsbuchse und der Ventilstange deutlich reduziert, so dass Schäden im Führungsbereich zwischen Ventilstange und Führungsbuchse vermieden werden und so die notwendigen Stellkräfte auch nach vielen Gebrauchsstunden gering bleiben. Gleichzeitig soll der Verschleiß reduziert werden. Dennoch soll dieses möglichst kostengünstig mit geringem Herstellungs- und Montageaufwand hergestellt werden können.It is therefore the task of providing an exhaust gas recirculation valve for an internal combustion engine, which significantly reduces both the penetration of particles and exhaust gases in the direction of the actuator and in the direction of the sliding area between the guide bushing and the valve rod over a long service life, so that Damage in the guide area between the valve rod and guide bush can be avoided and the necessary actuating forces remain low even after many hours of use. At the same time, wear should be reduced. Nevertheless, it should be possible to manufacture it as inexpensively as possible with little manufacturing and assembly effort.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgasrückführventil für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an exhaust gas recirculation valve for an internal combustion engine with the features of main claim 1.
Dadurch, dass auf der Ventilstange in einem zum Ventilkörper weisenden ersten Führungsabschnitt innerhalb der Führungsbuchse ein oder mehrere Kolbenringe angeordnet sind, über die die Ventilstange in der Führungsbuchse gleitend gelagert ist und in einem weiter vom Ventilkörper entfernten zweiten Führungsabschnitt die Ventilstange unmittelbar in der Führungsbuchse gleitend gelagert ist, kann ein Eindringen von Abgas oder Verunreinigungen entlang der Ventilstange auch bei hohen thermischen Belastungen sehr zuverlässig verhindert werden. Insbesondere befindet sich dabei der Gleitbereich zwischen der Führungsbuchse und der Ventilstange in einem durch die Kolbenringe abgeschirmten Bereich, in den ein Eindringen von Verunreinigungen zuverlässig vermieden wird. Des Weiteren wird die Gleitfähigkeit durch die Verwendung der Kolbenringe im Abgas zugewandten Bereich über eine lange Lebensdauer aufrecht erhalten, so dass geringe Stellkräfte benötigt werden. Des Weiteren ist der Reibungswiderstand im Vergleich zu bekannten Ausführungen reduziert, da die Paarung Kolbenring zu Führungsbuchse sehr gute Gleiteigenschaften aufweist.Characterized in that one or more piston rings are arranged on the valve rod in a first guide section facing the valve body within the guide bushing, via which the valve rod is slidably mounted in the guide bushing and in a second guide section further away from the valve body the valve rod is slidably mounted directly in the guide bushing penetration of exhaust gas or contaminants along the valve rod can be very reliably prevented even under high thermal loads. In particular, the sliding area between the guide bush and the valve rod is located in an area shielded by the piston rings, in which the penetration of contaminants is reliably avoided. Furthermore, the lubricity is increased by using the piston rings in the area facing the exhaust gas maintain long service life so that low actuating forces are required. Furthermore, the frictional resistance is reduced in comparison to known designs, since the pairing of the piston ring and the guide bush has very good sliding properties.
Vorzugsweise ist innerhalb der Führungsbuchse in einem Dichtabschnitt, der axial zwischen dem ersten Führungsabschnitt und dem zweiten Führungsabschnitt ausgebildet ist, ein Dichtring angeordnet, entlang dessen die Ventilstange gleitend bewegbar ist. Durch diesen Dichtring entsteht ein zusätzlicher Schutz der Gleitfläche zwischen der Ventilstange und der Führungsbuchse, wobei insbesondere das Eindringen von Gasen in Richtung des Aktors durch diesen Dichtring zuverlässig vermieden wird, wodurch die thermische Belastung des Aktors reduziert wird.A sealing ring is preferably arranged inside the guide bush in a sealing section which is formed axially between the first guide section and the second guide section, along which the valve rod can be moved in a sliding manner. This sealing ring provides additional protection for the sliding surface between the valve rod and the guide bushing, in particular the penetration of gases in the direction of the actuator through this sealing ring is reliably avoided, as a result of which the thermal load on the actuator is reduced.
Dabei liegt der Dichtring vorteilhafterweise mit seinem ersten axialen Ende axial gegen den zweiten Führungsabschnitt der Führungsbuchse an, wodurch eine Abdichtung unmittelbar am Eintritt zum Spalt zwischen dem zweiten Führungsabschnitt und der Ventilstange verhindert wird, da der Strömungswiderstand an dieser Position erhöht wird.The sealing ring advantageously lies axially with its first axial end against the second guide section of the guide bush, thereby preventing a seal directly at the entrance to the gap between the second guide section and the valve rod, since the flow resistance is increased at this position.
In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung weist die Führungsbuchse eine Einschnürung aufweist, gegen die der Dichtring mit seinem zum ersten axialen Ende entgegengesetzten zweiten axialen Ende anliegt, wodurch die axiale Position des Dichtrings in der Führungsbuchse festgelegt wird, ohne zusätzliche Bauteile verwenden zu müssen. Zur Montage wird der Dichtring in die Ausnehmung unter leichter Verformung eingesteckt und anschließend die Ventilstange in die Führungsbuchse gesteckt.In a further embodiment of the invention, the guide bush has a constriction against which the sealing ring bears with its second axial end opposite the first axial end, as a result of which the axial position of the sealing ring in the guide bush is fixed without having to use additional components. For assembly, the sealing ring is inserted into the recess with slight deformation and then the valve rod is inserted into the guide bush.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Führungsbuchse außerhalb des zweiten Führungsabschnitts beabstandet zur Ventilstange angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Gleitfläche der Führungsbuchse reduziert auf die Bereiche, in denen die Kolbenringe zur Führung dienen und den Bereich, der jenseits des Dichtringes angeordnet ist. Damit wird eine Riefenbildung durch Reibung zwischen der Führungsbuchse und der Ventilstange in dem Bereich, der in den zweiten Führungsabschnitt verschoben wird, verhindert, so dass Schädigungen im zweiten Führungsabschnitt deutlich reduziert werden.It is also advantageous if the guide bushing is arranged at a distance from the valve rod outside the second guide section. In this way, the sliding surface of the guide bush is reduced to the areas in which the piston rings are used for guidance and the area which is arranged beyond the sealing ring. This prevents scoring by friction between the guide bushing and the valve rod in the area that is displaced into the second guide section, so that damage in the second guide section is significantly reduced.
Zur besonders einfachen Fertigung weist die Führungsbuchse von ihrem zum Ventilkörper weisenden axialen Ende bis zur Einschnürung einen einheitlichen Innendurchmesser auf.For particularly simple manufacture, the guide bush has a uniform inner diameter from its axial end facing the valve body to the constriction.
Des Weiteren weisen die Kolbenringe vorzugsweise einen schrägen oder gestuften Schlitz auf, wodurch ein Eindringen von Schmutzstoffen durch den Schlitz im Vergleich zu senkrechten Schlitzen deutlich reduziert wird.Furthermore, the piston rings preferably have an oblique or stepped slot, as a result of which the penetration of contaminants through the slot is significantly reduced compared to vertical slots.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Kolbenring in einer Radialnut der Ventilstange angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Montage des Kolbenrings bei gleichzeitig hoher Dichtwirkung sowohl entlang der Ventilstange als auch zur Führungsbuchse entlang derer die Kolbenringe gleiten.The at least one piston ring is preferably arranged in a radial groove of the valve rod. This enables simple assembly of the piston ring with a high sealing effect both along the valve rod and to the guide bush along which the piston rings slide.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind auf der Ventilstange genau zwei Kolbenringe axial beabstandet zueinander angeordnet. Durch diese zwei hintereinander angeordneten Kolbenringe wird die Dichtwirkung noch einmal deutlich erhöht, da sie wie eine Labyrinthdichtung wirken.In a particularly preferred embodiment, exactly two piston rings are arranged axially spaced apart from one another on the valve rod. These two piston rings arranged one behind the other significantly increase the sealing effect, since they act like a labyrinth seal.
Vorzugsweise ist in der Führungsbuchse genau ein Dichtring angeordnet, da sich herausgestellt hat, dass dieser im Zusammenspiel mit den Kolbenringen eine ausreichende und sehr gute Abdichtung zum Aktor sicherstellt.Exactly one sealing ring is preferably arranged in the guide bushing, since it has been found that this, in cooperation with the piston rings, ensures an adequate and very good seal to the actuator.
Der Dichtring ist dabei vorteilhafterweise ein Radialwellendichtring, der auch für ein derartiges Hubventil eine hohe Dichtwirkung über eine lange Lebensdauer sicherstellt.The sealing ring is advantageously a radial shaft sealing ring, which ensures a high sealing effect over a long service life even for such a globe valve.
Es wird somit ein Abgasrückführventil für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, bei dem mit einfachen und kostengünstigen Mitteln eine sehr gute Abdichtung des Spaltes zwischen der Ventilstange und der Führungsbuchse sichergestellt wird und der Verschleiß im Vergleich zu bekannten Ausführungen reduziert wird, so dass eine lange Lebensdauer erreicht wird. Dabei wird sowohl ein Eindringen von festen oder flüssigen Schmutzstoffen in den Führungsbereich zwischen der Ventilstange und der Führungsbuchse verhindert, was zu einer Schwergängigkeit des Ventils und zu erhöhtem Verschleiß führen würde als auch ein Eindringen von heißen oder kontaminierten Gasen in den Aktor verhindert, so dass dieser vor einer thermischen Überlastung oder Korrosion geschützt wird.An exhaust gas recirculation valve for an internal combustion engine is thus created, in which a very good sealing of the gap between the valve rod and the guide bush is ensured with simple and inexpensive means and the wear is reduced in comparison to known designs, so that a long service life is achieved. This prevents solid or liquid contaminants from entering the guide area between the valve rod and the guide bush, which would lead to stiffness of the valve and increased wear, and also prevents hot or contaminated gases from entering the actuator, so that the actuator is protected against thermal overload or corrosion.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasrückführventils ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.An embodiment of an exhaust gas recirculation valve according to the invention is shown in the figure and is described below.
Die Figur zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Abgasrückführventils in geschnittener Darstellung.The figure shows a section of a side view of an exhaust gas recirculation valve according to the invention in a sectional view.
Das erfindungsgemäße Abgasrückführventil weist ein Gehäuse
Hierzu kann das Getriebe
Die Ventilstange
Um einen Spalt
Zur Montage werden die beiden Kolbenringe
Ein zweiter Führungsabschnitt
An diesen zweiten Führungsabschnitt
Die Montage des Dichtrings
Nach der Montage der Kolbenringe
Die beschriebene Konstruktion hat zur Folge, dass eine hohe Dichtigkeit gegen das Abgas und damit auch gegen das gegebenenfalls vorhandene Ruß und Kondensat erzielt wird und eine lang andauernde Leichtgängigkeit der Ventilstange bei der translatorischen Bewegung sichergestellt wird. Hierzu wird die Führung in der Führungsbuchse im Abgas nahen Bereich über die gegen Schmutz unempfindlichen und dennoch immer gute Gleiteigenschaften aufweisenden Kolbenringe hergestellt und andererseits die direkte Führung der Ventilstange in der Führungsbuchse auf einen kurzen Bereich begrenzt, der zusätzlich durch den Dichtring vor Schmutz geschützt ist. Auf diese Weise wird eine Schwergängigkeit oder gar ein Klemmen der Abgasrückführventile zuverlässig auch bei hohen Temperaturen verhindert.The result of the construction described is that a high degree of tightness is achieved against the exhaust gas and thus also against any soot and condensate that may be present, and a long-lasting smoothness of the valve rod during translational movement is ensured. For this purpose, the guide in the guide bushing in the area near the exhaust gas is produced via the piston rings which are insensitive to dirt and yet always have good sliding properties.On the other hand, the direct guidance of the valve rod in the guide bushing is limited to a short area, which is additionally protected from dirt by the sealing ring. This reliably prevents the exhaust gas recirculation valves from getting stuck or even jamming, even at high temperatures.
Es sollte deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzbereiches des Hauptanspruchs möglich sind. Insbesondere kann auch ein Kolbenring oder mehrere Kolbenringe genutzt werden. Auch können mehrere Dichtringe verbaut werden.It should be clear that various modifications are possible within the scope of the main claim. In particular, can one or more piston rings can also be used. Several sealing rings can also be installed.
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