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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Betriebsverfahren hierfür mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 16.
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Aus der US-Patentschriftschrift
US 6,006,732 ist eine mehrzylindrige
Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführventil bekannt. Das Abgasrückführventil
weist ein Ventilteil mit einem in das Ventilgehäuse geführten Ventilschaft auf, an
welchem zwei Sperrelemente angebracht sind. Dabei ist das Abgasrückführventil
so beschaffen, dass für
eine völlige
Unterbrechung der Abgasrückführung jede der
beiden Abgaseinlassöffnungen
von jeweils einem Sperrelement völlig
abgedichtet werden muss. Die kegelförmigen Sperrelemente sind in
ihrer Lage an dem Ventilschaft durch eine um den Ventilschaft geschlungene
Spiralfeder fixiert.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Brennkraftmaschine und ein Betriebsverfahren anzugeben, welche eine
zuverlässige
und konstruktiv einfach zu realisierende Abgasrückführung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet
sich dadurch aus, dass das Ventilgehäuse eine Mischkammer aufweist,
der eine erste Abgaseinlassöffnung,
eine zweite Abgaseinlassöffnung und
eine Abgasauslassöffnung
zugeordnet sind, ein der Mischkammer zugeordnetes erstes Dichtmittel und
ein der Mischkammer zugeordnetes zweites Dichtmittel vorgesehen
sind, und dass in einer Schließstellung
des Ventilteils das erste Sperrelement durch eine Wirkverbindung
mit dem ersten Dichtmittel die erste Abgaseinlassöffnung strömungstechnisch
von der zweiten Abgaseinlassöffnung
trennt, und das zweite Sperrelement durch eine Wirkverbindung mit
dem zweiten Dichtmittel die Abgasauslassöffnung gegen die Mischkammer
verschließt.
Unter der strömungstechnischen
Trennung der Abgaseinlassöffnungen
ist zu verstehen, dass eine Zusammenführung von durch die jeweiligen
Abgaseinlassöffnungen
in die Mischkammer des Abgasrückführventils
eintretendem Abgas weitgehend oder vollständig verhindert wird. Durch
das Verschließen
der Abgasauslassöffnung
wird in Schließstellung eine
Rückführung von
Abgas in das Saugrohr der Brennkraftmaschine verhindert, auch ohne
dass die Abgaseinlassöffnungen
strömungstechnisch
vollständig
voneinander getrennt sind. Daher kann das erste Sperrelement mit
einer größeren Fertigungstoleranz
am Ventilschaft angeordnet sein. Dadurch bedingte kleinere Undichtigkeiten
bei der strömungstechnischen
Trennung der Abgaseinlassöffnungen bleiben
hinsichtlich der Abgasrückführung unwirksam.
Ein Durchströmen
des Abgasrückführventils von
Abgas über
die beiden Abgaseinlassöffnungen wird
somit weitgehend vermieden, wodurch eine Aufheizung des Abgasrückführventils
vermieden wird. Außerdem
wird im Wesentlichen vermieden, dass an den Abgaseinlassöffnungen
anstehende unterschiedliche Abgasdrücke in unerwünschter
Weise über
das Abgasrückführventil
ausgeglichen werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist
in einer Öffnungsstellung
des Ventilteils die Auslassöffnung geöffnet, und
die erste Abgaseinlassöffnung
steht in einer strömungstechnischen
Verbindung mit der zweiten Abgaseinlassöffnung, derart, dass sich über die
Abgaseinlassöffnungen
der Mischkammer zugeführtes Abgas
in der Mischkammer vermischen kann und vermischtes Abgas über die
Abgasauslassöffnung
dem Saugrohr zuführbar
ist. Damit wird erreicht, dass über
beide Abgaseinlassöffnungen
Abgas zum Saugrohr geführt
werden kann, was eine große
maximale Abgasrückführmenge
ermöglicht. Durch
das Zusammenführen
der über
die jeweilige Abgaseinlassöffnung
der Mischkammer zugeführtem Abgase
kann außerdem
in der Mischkammer ein Druckausgleich von gegebenenfalls unterschiedlichen
Abgasdrücken
an den Abgaseinlassöffnungen erfolgen,
was eine gleichmäßige Abgasrückführung ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist ein erster Abgassammler mit einer angeschlossenen ersten Abgasleitung
zur Zusammenführung
des Abgases einer ersten Zylindergruppe, und ein zweiter Abgassammler
mit einer angeschlossenen zweiten Abgasleitung zur Zusammenführung des
Abgases einer zweiten Zylindergruppe vorgesehen, und die erste Einlassöffnung über eine
erste Abgasrückführleitung
an den ersten Abgassammler oder an die erste Abgasleitung angeschlossen,
und die zweite Einlassöffnung über eine
zweite Abgasrückführleitung
an den zweiten Abgassammler oder an die zweite Abgasleitung angeschlossen.
Werden die Abgaseinlassöffnungen über die
jeweiligen Abgasrückführleitungen
an den Abgassammler der jeweiligen Zylindergruppe angeschlossen,
werden nur vergleichsweise kurze Abgasrückführleitungen benötigt. Der
Anschluss kann jedoch auch weiter stromab der Abgassammler an der
jeweiligen Abgasleitung erfolgen. Vorzugsweise werden die Abgasrückführleitungen stromab
eines in der jeweiligen Abgasleitung angeordneten Vorkatalysators
angeschlossen. Dies hat den Vorteil, dass katalytisch gereinigtes
Abgas zurückgeführt wird.
Dadurch können
Verunreinigungen durch Kondensation von Bestandteilen ungereinigten Abgases
vermieden werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
sind die Sperrelemente des Ventilteils an jeweils einer vorbestimmten
Position an dem Ventilschaft befestigt. Dadurch lässt sich
das Ventilteil konstruktiv einfach ausführen. Der Ventilschaft ist
vorzugsweise gerade ausgeführt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist wenigstens eines der Sperrelemente auf dem Ventilschaft axial
verschieblich und mittels einer Federkraft in seiner Position fixierbar.
Dadurch wird in Schließstellung
eine durch die Federkraft mitbestimmte definierte Wirkverbindung
der Sperrelemente mit dem jeweiligen Dichtmittel erreicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist das Ventilteil über
den Ventilantrieb axial verstellbar. Die Verstellbarkeit in, bezüglich des
Ventilschaftes, axialer Richtung hat den Vorteil, dass der Ventilantrieb
zur Verstellung des Ventilteils konstruktiv einfach ausgeführt werden
kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist
das Ventilgehäuse
an der Seite der Auslassöffnung
oder an der der Auslassöffnung
gegenüberliegenden
Seite ein Verschlussteil auf, welches eine Montageöffnung verschließt, durch
die das Ventilteil in das Ventilgehäuse einführbar ist. Durch diese konstruktive
Maßnahme
wird eine einfache Montierbarkeit des Abgasrückführventils ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist
das zweite Dichtmittel eine umlaufende Dichtkante auf und die Abgasauslassöffnung ist
durch Anlegen des zweiten Sperrelements an die Dichtkante gegen
die Mischkammer verschließbar.
Diese Art der Abdichtung ist insbesondere bei einem flächig ausgeführten zweiten
Sperrelement vorteilhaft. In Schließstellung wird dadurch eine
zuverlässige
Abdichtung der Auslassöffnung
gegen die Mischkammer erreicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist das Abgasrückführventil
durch Zufuhr eines zur Kühlung
der Brennkraftmaschine eingesetzten Kühlmittels kühlbar ausgeführt. Dadurch
wird eine, insbesondere bei großer
Abgasrückführmenge
drohende, Überhitzung
und Beschädigung
des Abgasrückführventils
vermieden. Die Kühlung
kann dabei durch einen mit Kühlwasser
gespeisten Kanal oder Mantel im Ventilgehäuse oder im Bereich des Ventilantriebs realisiert
werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist das Ventilteil in Abhängigkeit
vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine verstellbar. Dadurch
kann die Abgasrückführmenge
an den Betrieb der Brennkraftmaschine angepasst werden. Bei niedriger
Last der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise eine vergleichsweise
hohe Abgasmenge rückgeführt und
das Abgasrückführventil
entsprechend weit geöffnet,
so dass eine relativ hohe Abgasrückführrate gegeben ist.
Bei einer hohen Last wird das Abgasrückführventil weiter oder ganz geschlossen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
sind die Sperrelemente als Ventilteller und in einer weiteren Ausgestaltung
flächenmäßig unterschiedlich groß ausgeführt. Insbesondere
in Verbindung mit einer Montageöffnung
im Ventilgehäuse
ergeben sich dadurch eine unkomplizierte Fertigung und Montage des
Abgasrückführventils.
Das Ventilteil kann mit den montierten Sperrelementen in einfacher
Weise beim Zusammenbau durch die Montageöffnung eingeführt werden.
Vorzugsweise ist das dabei zuerst einzuführende Sperrelement flächenmäßig kleiner
ausgeführt als
das andere.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung trennt
in der Schließstellung
des Ventilteils das erste Sperrelement durch eine im Wesentlichen
berührungsfreie
Wirkverbindung mit dem ersten Dichtmittel die erste Abgaseinlassöffnung strömungstechnisch von
der zweiten Abgaseinlassöffnung.
Dies bedeutet, dass das Sperrelement und das Dichtmittel keine vollständig gasdichte
Dichtungsanordnung bilden und dementsprechend auch für diese
Wirkverbindung keine hochwertige und zuverlässige Dichtfläche vorgesehen
werden muss.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung trennt
in der Schließstellung
das erste Sperrelement durch Überdecken
der Öffnung
des ersten Dichtmittels und eines ringförmigen Bereiches des ersten Dichtmittels
die erste Abgaseinlassöffnung
strömungstechnisch
von der zweiten Abgaseinlassöffnung.
Durch eine ausreichende Überdeckung
des ersten Dichtmittels durch das erste Sperrelement wird in Schließstellung
ein Gasdurchgang im Wesentlichen verhindert, ohne dass der erste
Dichtmittel oder das erste Sperrelement mit einer speziellen Dichtfläche ausgestattet
zu sein braucht. Dies hat eine fertigungstechnische Vereinfachung
zur Folge, da auf eine passgenaue Abdichtung bei diesem Sperrelement
verzichtet werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung trennt
in der Schließstellung
das erste Sperrelement die erste Abgaseinlassöffnung strömungstechnisch im wesentlichen
dadurch von der zweiten Abgaseinlassöffnung, dass es in die Öffnung des
ersten Dichtmittels eingeführt
ist. Hierfür
ist der Durchmesser des ersten Sperrelemente geringfügig kleiner
als die Öffnung
des Dichtmittels ausgeführt,
so dass sich nach Einführen
des Sperrelementes in das Dichtmittel nur ein kleiner Ringspalt
ergibt. Dadurch wird in Schließstellung
ein Gasdurchgang im Wesentlichen verhindert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
ist in einer Zwischenstellung zwischen Schließstellung und Öffnungsstellung
die Auslassöffnung
geöffnet, und
das erste Sperrelement trennt die erste Abgaseinlassöffnung strömungstechnisch
von der zweiten Abgaseinlassöffnung,
so dass über
die Abgasauslassöffnung
im Wesentlichen nur über
die erste Abgaseinlassöffnung
der Mischkammer zugeführtes
Abgas dem Saugrohr zuführbar
ist. Dies kann konstruktiv dadurch erreicht werden, dass in Schließstellung das
erste Sperrelement in das erste Dichtmittel eingeführt wird,
und das Dichtmittel vergleichsweise dick ausgeführt wird. Bei einer Verstellung
des Ventilteils in Richtung Öffnungsstellung
gibt dann zunächst
das zweite Sperrelement die Auslassöffnung frei. Das erste Sperrelement
ist dabei zumindest noch teilweise im ersten Dichtmittel eingeführt und trennt
nach wie vor die Abgaseinlassöffnungen
strömungstechnisch
voneinander. Daher ist dem Saugrohr über die Auslassöffnung fast
ausschließlich
das Abgas zuführbar,
welches über
die erste Abgaseinlassöffnung
in die Mischkammer gelangt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung trennt
in Schließstellung
des Ventilteils das erste Sperrelement in einer luftdichten Dichtungsanordnung
mit dem ersten Dichtmittel die erste Abgaseinlassöffnung strömungstechnisch
von der zweiten Abgaseinlassöffnung.
Mit dieser Ausführungsform
wird eine sonst beispielsweise durch Druckpulsationen an den Abgaseinlassöffnungen
verursachte Abgasströmung
durch das Abgasrückführventil
vollständig
unterbunden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich
dadurch aus, dass in dem Gehäuse
des Abgasrückführventils
eine Mischkammer gebildet wird, der die Abgaseinlassöffnungen
und die Abgasauslassöffnung
zugeordnet sind und sich bei Brennkraftmaschinenbetrieb mit Abgasrückführung über die
erste Abgaseinlassöffnung
von der ersten Zylindergruppe der Mischkammer zugeführtes Abgas
mit dem über
die zweite Abgaseinlassöffnung
von der zweiten Zylindergruppe der Mischkammer zugeführten Abgas
vermischt, und über
die Abgasauslassöffnung
aus den Abgasen der Zylindergruppen gemischtes Abgas in das Saugrohr
geführt
wird. Beim Brennkraftmaschinenbetrieb mit Abgasrückführung ist das Abgasrückführventil
demnach geöffnet,
und die Brennkraftmaschine wird mit einer mehr oder weniger großen Menge
rückgeführten Abgases
betrieben. Ein direkteinspritzender Ottomotor als Brennkraftmaschine
arbeitet dabei vorzugsweise mit magerer Verbrennung, d.h. er wird
mit Luftüberschuss
bzw. Kraftstoffmangel betrieben. Durch diese Maßnahme werden der Kraftstoffverbrauch
und der Schadstoffausstoß der
Brennkraftmaschine gesenkt. Durch die Vermischung des der Mischkammer über die
beiden Abgaseinlassöffnungen
zugeführten
Abgases wird ein Ausgleich von unterschiedlichen Abgasdrücken an
den Abgaseinlassöffnungen
und somit eine gleichmäßige Abgasrückführung ermöglicht.
Außerdem
wird dadurch erreicht, dass das dem Abgasrückführventil über die beiden Abgaseinlassöffnungen
zugeführtes
Abgas zu annähernd
gleichen Teilen ins Saugrohr rückgeführt wird,
wodurch sich die Strömungsverhältnisse im
Abgastrakt und insbesondere im brennkraftmaschinennahen Bereich
der Abgassammler gleichmäßig gestalten.
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In Ausgestaltung des Verfahrens wird
zu einer Beendigung des Brennkraftmaschinenbetriebs mit Abgasrückführung das
Abgasrückführventil
durch Verstellung eines Ventilteils mit einem in das Ventilgehäuse geführten Ventilschaft,
an welchem ein erstes Sperrelement und ein zweites Sperrelement
angebracht sind, über
einen Ventilantrieb geschlossen, wobei die Abgasauslassöffnung durch
das zweite Sperrelement gegen die Mischkammer abgedichtet wird und
eine strömungstechnische
Verbindung zwischen der ersten Abgaseinlassöffnung und der zweiten Abgaseinlassöffnung in
der Mischkammer durch ein Zusammenwirken des ersten Sperrelementes
mit einem der Mischkammer zugeordneten ersten Dichtmittel im wesentlichen
oder vollständig
unterbrochen wird. Durch die Abdichtung der Auslassöffnung gegen
die Mischkammer wird die Abgasrückführung unterbrochen
und die Brennkraftmaschine ohne Abgasrückführung betrieben. Im geschlossenen
Zustand des Ventils kann außerdem
nur wenig oder gar kein Abgas von einer Abgaseinlassöffnung zur
anderen durch das Abgasrückführventil
strömen.
Dadurch wird eine Aufheizung des Abgasrückführventils durch strömendes heißes Abgas
verhindert. Falls eine völlige
strömungstechnische
Trennung der Abgaseinlassöffnungen
nicht gegeben ist, kann durch eine beispielsweise durch unterschiedliche
Abgasdrücke
an den Abgaseinlassöffnungen
verursachte geringe Abgasströmung
durch das Abgasrückführventil
eine Auskühlung
des Abgasrückführventils
vermieden werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
von Zeichnungen und zugehörigen
Beispielen näher
erläutert.
Dabei zeigen:
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1 ein
schematisches Blockbild einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung,
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2 eine
schematische Schnittzeichnung einer bevorzugten Ausführungsform
eines Abgasrückführventils,
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3 eine
weitere schematische Schnittzeichnung einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
eines Abgasrückführventils.
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In 1 ist
eine hier beispielhaft als sechszylindriger V-Motor ausgeführte Brennkraftmaschine mit
zwei Zylinderbänken
oder Zylindergruppen 1, 2 dargestellt. Im Folgenden
wird vereinfachend von einem Motor gesprochen. Dem Motor wird Verbrennungsluft über ein
Saugrohr 3 zugeführt.
Das im Verbrennungsprozess erzeugte Abgas wird über die Abgassammler 4, 5 und
die daran angeschlossenen Abgasleitungen 6, 7 nach
außen
abgegeben. In den Abgasleitungen 6 bzw. 7 ist
jeweils ein Vorkatalysator 8 bzw. 9 angeordnet.
Stromab der Vorkatalysatoren 8, 9 zweigt jeweils
eine Abgasrückführleitung 10 bzw. 11 von
der Abgasleitung 6 bzw. 7 ab. Die Abgasrückführleitungen 6 und 7 sind
an ein Abgasrückführventil 12 angeschlossen,
so dass diesem Abgas aus den Zylindergruppen 1 und 2 zugeführt werden
kann. Das Abgasrückführventil 12 ist
ferner an das Saugrohr 3 angeschlossen. Bei laufendem Motor
ist im Saugrohr 3 ein niedrigerer Druck vorhanden als in
den Abgasleitungen 6, 7. Bei geöffnetem
Abgasrückführventil strömt deshalb
auf Grund des Druckgefälles
Abgas aus den Abgasleitungen 6, 7 über das
Abgasrückführventil 12 zum
Saugrohr 3 und wird somit zum Motor zurückgeführt. Dem Motor ist ferner ein
nicht dargestelltes Motorsteuergerät zur Steuerung des Brennkraftmaschinenbetriebs
und des Abgasrückführventils 12 zugeordnet.
Selbstverständlich
können dem
Motor oder der Abgasanlage weitere, ebenfalls nicht dargestellte
Bauteile zugeordnet sein.
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Vorzugsweise ist der Motor als direkteinspritzender,
magerlauffähiger
Ottomotor ausgeführt.
Insbesondere bei Teillast wird dieser mager betrieben und dabei
Abgas rückgeführt. Hierzu
wird das Ventil über
einen nicht dargestellten Ventilantrieb geöffnet. Der Ventilantrieb ist
vorzugsweise elektrisch ausgeführt,
er kann jedoch auch auf andere Weise, beispielsweise pneumatisch
oder elektromagnetisch, ausgeführt
sein. Die Einstellung der Öffnung
des Abgasrückführventils 12 und
damit die Einstellung der Abgasrückführmenge
wird vom Motorsteuergerät
in Abhängigkeit
vom Betriebszustand des Motors vorgenommen. Vorzugsweise wird bei
niedriger Motorlast eine höhere
Abgasrückführmenge
eingestellt als bei höherer
Motorlast. Oberhalb eines Grenzlastbereiches oder einer Grenzdrehzahl
wird das Abgasrückführventil 12 geschlossen,
so dass dem Motor kein Abgas mehr über das Saugrohr 3 zugeführt wird. Dabei
ist es von Vorteil, wenn zwischen den beiden Abgasfluten kein oder
nur wenig Abgas über
das Abgasrückführventil
strömen
kann, da andernfalls eine zu starke Aufheizung der Abgasrückführleitungen 10, 11,
deren Umgebung und des Abgasrückführventils 12 eintreten
kann.
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2 zeigt
schematisch eine bevorzugte Ausführungsform
des Abgasrückführventils 12 in Schließstellung.
Das Abgasrückführ ventil 12 weist ein
Ventilteil mit einem vorzugsweise geraden Ventilschaft 21 auf,
an welchem ein erstes Sperrelement 22 und ein zweites Sperrelement 23 fest
montiert sind. Die Sperrelemente 22, 23 sind hier
als Ventilteller ausgeführt.
Zur Zuführung
des Abgases zum Abgasrückführventil 12 ist
an einer ersten Abgaseinlassöffnung 25 die
Abgasleitung 10 und an eine zweite Abgaseinlassöffnung 26 die Abgasleitung 11 angeschlossen,
was aus Gründen
der Übersichtlichkeit
in 2 nicht dargestellt
ist. Die Abgaseinlassöffnungen 25, 26 sind
vorzugsweise rund ausgebildet. Innerhalb des Ventilgehäuses 29 wird
eine Mischkammer 24 gebildet, in welcher sich durch die
Abgaseinlassöffnungen 25 und 26 zugeführtes Abgas
vermischen kann. Das Ventilgehäuse 29 ist
auf seiner Unterseite mit einem hier als Deckel ausgeführten Verschlusselement 30 versehen.
Der Deckel 30 verschließt eine Montageöffnung in
der Unterseite des Ventilgehäuses 29,
durch welche das Ventilteil mitsamt den Ventiltellern 22, 23 zur
Montage eingeführt werden
kann, die somit auf sehr einfache Weise vorgenommen werden kann.
Der Deckel 30 kann nach der Montage des Ventilteils in
das Ventilgehäuse 29 eingelötet oder
auf eine andere Weise gasdicht fest oder lösbar mit dem Ventilgehäuse 29 verbunden werden.
Das Abgasrückführventil 12 weist
ferner ein erstes Dichtmittel 27 bzw. ein zweites Dichtmittel 28 auf,
welche mit dem ersten Ventilteller 22 bzw. mit dem zweiten
Ventilteller in Wirkverbindung stehen, so dass durch Verstellung
des Ventilteils eine Abdichtwirkung erzielt oder aufgehoben wird.
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Zur Realisierung des Motorbetriebs
mit Abgasrückführung wird
das Abgasrückführventil 12 geöffnet. Hierzu
wird vom Ventilantrieb eine Druckkraft auf den Ventilschaft 21 übertragen,
was eine axiale Verstellung des Ventilteils bewirkt. Dadurch wird
vom Ventilteller 22 die Öffnung des ersten Dichtmittels 27 freigegeben.
Dies hat zur Folge, dass innerhalb der Mischkammer 24 eine
strömungstechnische
Verbindung zwischen den Abgaseinlassöffnungen 25 und 26 geschaffen
wird, so dass Abgas aus den Abgasleitungen 6 und 7 in
der Mischkammer 24 zusammengeführt wird und sich dort vermischen
kann. Synchron hierzu wird vom Ventilteller 23 die Öffnung des zweiten
Dichtmittels 28 freigegeben und damit die Abgasauslassöffnung 20 geöffnet. In
der Mischkammer 24 vermischtes Abgas wird folglich über die
Abgasauslassöffnung 20 dem
Saugrohr 3 zugeführt
und somit zum Motor zurückgeführt. Durch
die Größe der Ventilteilverstellung
kann die Menge des rückgeführten Abgases
eingestellt werden, wozu geeignete weitere, hier nicht näher dargestellte
Regelungsmittel, wie beispielsweise eine Lagerückmeldung des Ventilteils oder
dergleichen, eingesetzt werden können. Vorzugsweise
wird die Einstellung der Abgasrückführmenge
in Abhängigkeit
vom Motorbetriebspunkt vom Motorsteuergerät mittels Kennfeldsteuerung oder
Regelung vorgenommen.
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Die Abgasrückführung wird durch Schließen des
Abgasrückführventils 12 abgeschaltet.
Hierzu wird vom Ventilantrieb eine Zugkraft auf den Ventilschaft 21 übertragen.
Dies bewirkt, dass der zweite Ventilteller 23 an das zweite
Dichtmittel 28 angedrückt
wird und damit eine Abgaszufuhr in das Saugrohr 3 durch
Schließen
der Abgasauslassöffnung 20 verhindert
wird. Das Dichtmittel 28 ist vorzugsweise als gehärteter Ventilsitzring
ausgebildet, welcher die Abgasauslassöffnung 20 ringförmig umgibt.
Der Ventilsitzring kann hierfür
auf der Innenseite des Ventilgehäuses 29 aufsitzen
oder im Bereich der Abgasauslassöffnung 20 in
das Ventilgehäuse 29 integriert sein.
Für die
angestrebte dichte Verschließung
der Abgasauslassöffnung 20 ist
Das Dichtmittel 28 hier mit einer umlaufenden Dichtkante 32 versehen,
an die der Ventilteller 23 angedrückt wird und in Schließstellung
ringsum anliegt. Im Bereich der Berührstelle kann der Ventilteller 23 einen
gehärteten
oder einen für
gute Abdichtung anderweitig speziell gestalteten ringförmigen Bereich
aufweisen.
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Beim Abschließen der Abgasauslassöffnung 20 bzw.
beim Schließen
des Abgasrückführventils 12 wird
durch die Verstellung des Ventilteils eine Wirkverbindung zwischen
erstem Ventilteller 22 und erstem Dichtmittel 27 hergestellt,
welche dazu führt, dass
die vorher vorhandene strömungstechnische Verbindung
zwischen erster Abgaseinlassöffnung 25 und
zweiter Abgaseinlassöffnung 26 in
der Mischkammer 24 unterbrochen wird. Zu diesem Zweck ist das
Dichtmittel 27 als ringförmige Scheibe ausgeführt, vorzugsweise
als integraler Bestandteil des Ventilgehäuses 29. Beim Schließen des
Abgasrückführventils 12 wird
der Ventilteller 22 in die zentrale Öffnung des solcherart ausgebildeten
Dichtmittels 27 geführt.
Der Durchmesser des Ventiltellers 22 muss hierfür natürlich geringfügig kleiner
sein als der Durchmesser der zentralen Öffnung des Dichtmittels 27.
Entsprechend der Fertigungstoleranz ergibt sich zwar ein kleiner
Ringspalt zwischen dem Ventilteller 22 und dem Dichtmittel 27,
jedoch ergibt sich in Schließstellung über diesen
Ringspalt nur eine geringe Abgasströmung als Leckage, so dass in
Schließstellung
die erste Abgaseinlassöffnung 25 dennoch strömungstechnisch
von der zweiten Abgaseinlassöffnung 26 getrennt
ist. Durch diese Art der Ausführung
ist für
das Abgasrückführventil
nur eine einzige vollständig
abdichtende Dichtfläche
vorzusehen, was fertigungstechnische Vorteile hat. Weitere fertigungstechnische
Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Anordnung der Ventilteller 22, 23 am
Ventilschaft 21 ebenfalls mit vergleichsweise großen Toleranzen
erfolgen kann, ohne die Funktion des Abgasrückführventils 12 zu gefährden. Ist
das erste Dichtmittel 27 um ein mehrfaches dicker ausgeführt als
der erste Ventilteller 22, so kann beispielsweise der Abstand des
ersten Ventiltellers 22 vom zweiten Ventilteller 23 relativ
starken Schwankungen unterworfen sein, ohne dass in Schließstellung
des Abgasrückführventils 12 dessen
Funktion gefährdet
ist. Bei hinreichend dicker Ausführung
des ersten Dichtmittels 27 wird sich nämlich in Schließstellung
der Ventilteller 22 auch bei großen Fertigungstoleranzen innerhalb
der zentralen Öffnung
des Dichtmittels 27 befinden, so dass die Abgaseinlassöffnungen 25 und 26 strömungstechnisch
voneinander getrennt sind.
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Eine entsprechend dicke Ausführung des Dichtmittels 27 im
Vergleich zur Dicke des Ventiltellers 22 ermöglicht ferner
eine weitere Betriebsstellung des Ventilteils bzw. eine weitere
Betriebsvariante des Abgasrückführventils 12.
Ist der Ventil teller 22 so an dem Ventilschaft 21 angeordnet,
dass er sich in Schließstellung
in der Nähe
des oberen Randes in der Öffnung
des Dichtmittels 27 befindet, so erfolgt bei einer geringen
nach unten gerichteten Verstellung des Ventilteils zunächst ein Öffnen der
Abgasauslassöffnung 20,
ohne dass eine strömungstechnische
Verbindung zwischen den Abgaseinlassöffnungen 25 und 26 hergestellt
wird. Das heißt,
bei geringer Verstellung des Ventilteils aus der Schließstellung
heraus hat der Ventilteller 23 bereits vom Dichtmittel 28 abgehoben,
der Ventilteller 22 den Bereich innerhalb des Dichtmittels 27 jedoch
noch nicht verlassen. In dieser Zwischenstellung zwischen Schließstellung
und Öffnungsstellung
kann daher der Motor über
das geöffnete
Abgasauslassventil 20 mit rückgeführtem Abgas versorgt werden.
Dieses stammt jedoch im wesentlichen aus der an der ersten Abgaseinlassöffnung 25 angeschlossenen
Abgasflut. Eine Abgasrückführung von
Abgas aus der an der zweiten Abgaseinlassöffnung 26 angeschlossenen
Abgasflut wird im Wesentlichen verhindert. Auf diese Weise kann
eine besonders empfindliche und genaue Einstellung kleiner Abgasrückführmengen
vorgenommen werden. Wird das Abgasrückführventil weiter geöffnet, so
gerät der
Ventilteller 23 aus dem Bereich der zentralen Öffnung des
Dichtmittels 27, wodurch eine strömungstechnische Verbindung
zwischen den Abgaseinlassöffnungen 25 und 26 geschaffen
wird und die Öffnungsstellung
erreicht wird. Das Abgasrückführventil 12 kann
somit von der Schließstellung über eine
Zwischenstellung in die Öffnungsstellung gebracht
werden, d.h. es ist ein sequentielles Öffnen des Abgasrückführventils 12 möglich. Bei
einem Abgasrückführbetrieb
des Motors kann somit die zweite Abgasflut zeitlich phasenverschoben
zur ersten Abgasflut zugeschaltet werden.
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In der in der 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform
sind die Ventilteller 22 und 23 flächenmäßig unterschiedlich
groß ausgeführt. Besonders
bevorzugt ist hierbei die Variante, dass der die Abgasauslassöffnung 20 verschließende Ventilteller 23 deutlich
kleiner ausgeführt
ist als der Ventilteller 22. Entsprechend ist die Öffnung des
zweiten Dichtmittels 28 deut lich kleiner als die Öffnung des
ersten Dichtmittels 27. Diese Ausführungsform ist insbesondere
in Verbindung mit einer Montageöffnung
in dem der Abgasauslassöffnung 20 gegenüberliegenden Bodenteil
des Ventilgehäuses 29 fertigungstechnisch vorteilhaft.
Das Ventilteil kann zur Montage in einfacher Weise durch die genannte
Montageöffnung
in das Ventilgehäuse 29 eingeführt werden
und die Montageöffnung
anschließend
mit dem Verschlussteil 30 verschlossen werden. Durch die
flächenmäßig vergleichsweise
kleine Ausführung
des Ventiltellers 23 kann ferner die Abgasrückführrate besonders empfindlich
und genau eingestellt werden, da beim Abheben des Ventiltellers 23 vom
Dichtmittel 28 zunächst
nur eine geringe Öffnungsfläche freigegeben wird.
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In 3 ist
schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Abgasrückführventils 12 dargestellt.
Dabei sind die gegenüber 2 funktionsgleichen Einheiten
mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Hinsichtlich seines Aufbaus
stimmt die Ausführungsform
gemäß 3 im Wesentlichen mit der
in 2 dargestellten Ausführungsform überein. Jedoch
erfolgt in der Ausführungsform
der 3 eine Öffnung des
Abgasrückführventils 12 durch Übertragung
einer Zugkraft vom Ventilantrieb auf das Ventilteil und die damit
bewirkte axiale Verstellung des Ventilteils. Entsprechend wird durch
Anwendung einer vom Ventilantrieb auf das Ventilteil übertragenen Druckkraft
das Abgasrückführventil 12 geschlossen. In
Schließstellung
ist die Abgasauslassöffnung 20 durch
Zusammenwirken des Sperrelements 23 mit dem Dichtmittel 28 dicht
gegen die Mischkammer 24 verschlossen und die erste Abgaseinlassöffnung 25 in
der Mischkammer 24 strömungstechnisch
von der zweiten Abgaseinlassöffnung 26 getrennt.
Letzteres wird durch ein Zusammenwirken von erstem Sperrelement 22 mit
erstem Dichtmittel 27 erreicht.
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Das Sperrelement 22 ist
hier ebenfalls als Ventilteller ausgeführt. Der Durchmesser des Ventiltellers 22 ist
etwas größer als
der Durchmesser der zentralen Öffnung
des Dichtmittels 27. Dadurch wird in Schließstellung
zusätzlich
zur zentralen Öffnung des
Dichtmittels 27 ein sich in radialer Richtung anschließender ringförmiger Bereich
abgedeckt. Um in Schließstellung
eine gute strömungstechnische
Trennung der beiden Abgaseinlassöffnungen 25 und 26 zu
erreichen, weist der Ventilteller 22 einen, in radialer
Richtung gesehen, außen
liegenden umlaufenden Kragen auf, welcher in Richtung des Dichtmittels 27 weist.
Der Dichtmittel 27 weist ebenfalls einen umlaufenden Kragen
auf. Dieser umschließt
die zentrale Öffnung
des Dichtmittels 27 und weist in Richtung des Ventiltellers 22.
In Schließstellung
wirken Ventilteller 22 und Dichtmittel 27 derart
zusammen, dass der umlaufende Kragen des Ventiltellers 22 den
umlaufenden Kragen des Dichtmittels 27 hintergreift. Auf
diese Weise wird durch eine im Wesentlichen berührungsfreie Wirkverbindung
zwischen Dichtmittel 27 und Ventilteller 22 eine
sehr gute strömungstechnische
Trennung der beiden Abgaseinlassöffnungen 25, 26 erreicht.
Es kann sogar vorteilhaft sein, von vornherein eine in Richtung
des Ventilschafts 21 gesehene, axiale Fertigungstoleranz
bei der Montage des Ventiltellers 22 vorzusehen, so dass
in jedem Falle in Schließstellung
ein andrückende
Berührung des
Ventiltellers 22 mit dem Dichtmittel 27 vermieden wird.
Durch die beschriebene Anordnung der umlaufenden Kragen an Ventilteller 22 und
Dichtmittel 27 wird in Schließstellung auch bei einem vergleichsweise
großen
axialen Spiel eine gute Abdichtwirkung erzielt.
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In der dargestellten Ausführungsform
ist der Durchmesser des Ventiltellers 22 kleiner als der
des Ventiltellers 23 und kleiner als der der Öffnung des Dichtmittels 28.
Zugleich ist der Durchmesser des Ventiltellers 23 kleiner
als der Duchmesser der Abgasauslassöffnung 20. Dies gewährleistet
eine einfache Montierbarkeit des Ventilteils, das in einfacher weise
durch eine nicht dargestellte Montageöffnung im Bereich der Abgasauslassöffnung 20 von
oben in das Ventilgehäuse 29 eingeführt werden
kann. Analog zu der in 2 dargestellten
Ausführungsform wird
nach der Montage des Ventilteils die Montageöffnung durch ein nicht dargestelltes
Deckelteil verschlossen. Wegen der vergleichsweise kleinen Ausführung des
Ventiltellers 22 kann bei geschlossenem Ventil die Leckage
zwischen Ventilteller 22 und Dichtmittel 27 ebenfalls
klein gehalten werden.
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Analog zu der in 2 dargestellten Ausführungsform ist auch in der
Ausführungsform
der 3 nur eine einzige
vergleichsweise hochwertige Abdichtung notwendig, um die Abgasrückführung völlig zu
unterbrechen. Diese kann, wie oben beschrieben, durch entsprechende
Gestaltung und durch Zusammenwirken von Ventilteller 23 und
Dichtmittel 28 erzielt werden. Es werden daher konstruktiv
aufwändige
Maßnahmen
vermieden, welche bei einer Ventilausführung mit zwei für die Abgasrückführung relevanten
Abdichtungen zum Ausgleich von Wärmedehnungen
notwendig wären.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des
Abgasrückführventils 12 vergrößern in
Schließstellung
wärmebedingte
Längenänderung
des Ventilschafts 21 lediglich einen eventuell vorhandenen
geringen Gasschlupf zwischen Ventilteller 22 und Dichtmittel 27.
Die Abdichtung der Abgasauslassöffnung 20 bleibt
davon jedoch unberührt.
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Um bei geschlossenem Abgasrückführventil 12 ein
Auskühlen
des Ventilgehäuses 29 und
damit Kondensationserscheinungen zu vermeiden, kann ein gewisser
Gasschlupf zwischen Sperrelement 22 und Dichtmittel 27 in
Schließstellung
durchaus vorteilhaft sein. Durch konstruktive Maßnahmen kann gezielt eine gewisse
Leckage zwischen Sperrelement 22 und Dichtmittel 27 erreicht
werden. Druckdifferenzen in den Abgasleitungen 6, 7,
welche bis zu den Abgaseinlassöffnungen 25, 26 wirken,
rufen dann eine geringe Leckströmung
heißen
Abgases durch das Abgasrückführventil 12 hervor,
wodurch in Schließstellung
ein Auskühlen
des Abgasrückführventils 12 vermieden
wird. In vorteilhafter Weise kann dies durch einen flach gestalteten
Ventilteller 22 in Verbindung mit einem ebenfalls flach
gestalteten Dichtmittel 27 erreicht werden. Der Ventilteller 22 wird
dann vorzugsweise im Durchmesser größer ausgeführt als die zentrale Öffnung des
Dichtmittels 27. Wird der Ventilteller 22 so am
Ventilschaft 21 angeordnet, dass in Schließstellung
in axialer Richtung ein geringer Spalt zwischen Ventilteller 22 und
Dichtmittel 17 vor handen ist, werden die Abgaseinlassöffnungen 25, 26 zwar
strömungstechnisch
getrennt, jedoch gleichzeitig eine geringe Leckage ermöglicht. Diese
Ausführungsform
ist zudem besonders einfach zu realisieren.
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Eine völlige strömungstechnische Trennung der
beiden Abgaseinlassöffnungen
in Schließstellung kann
erreicht werden, indem beispielsweise der Ventilteller 22 im Öffnungszustand
in einem Abstand vom Ventilteller 23 an dem Ventilschaft 21 angeordnet
ist, welcher größer ist
als der Abstand der Dichtflächen der
Dichtmittel 27 und 28. In diesem Fall wird vorzugsweise
der Ventilteller 22 beispielsweise durch eine zwischen
den Ventiltellern 22, 23, um den Ventilschaft 21 geschlungene,
Spiralfeder gegen einen ebenfalls an dem Ventilschaft 21 angebrachten
Anschlag gedrückt
und ist zusätzlich
in axialer Richtung längs
des Ventilschafts 21 verschieblich. Die Spiralfeder und
der erwähnte
Anschlag sind hierbei nicht dargestellt. Bei einer Ausführungsform
analog der in 3 dargestellten
Ausführungsform,
wird bei Schließung
des Abgasrückführventils 12 durch
Verstellung des Ventilteils zunächst
der Ventilteller 22 an den Dichtmittel 27 angedrückt. Bei
weiterer Verstellung des Ventilteils verringert sich der Abstand
zwischen dem am Ventilschaft 21 fest montierten Ventilteller 23 zu
dem auf dem Ventilschaft 21 verschieblich angeordneten
Ventilteller 22, bis schließlich der Ventilteller 23 auf
das Dichtmittel 28 gedrückt
wird. Die Anpresskraft des Ventiltellers 22 auf dem Dichtmittel 27 wird
dabei durch die Verkürzung
der Spiralfeder und deren Federkonstanten bestimmt. Beim Öffnen des
Abgasrückführventils 12 erfolgt
der Vorgang umgekehrt, so dass zunächst der Ventilteller 23 vom
Dichtmittel 28 abhebt und die Abdichtung der Abgasauslassöffnung 20 gegen
die Mischkammer 24 aufgehoben wird. Eine sinngemäße Übertragung
auf die in der 2 dargestellte
Ausführungsform
erfordert einen verschieblich auf dem Ventilschaft 21 angeordneten
Ventilteller 23. Beim Verstellen des Ventilteils zum Öffnen des
Abgasrückführventils 12 wird zunächst die
strömungstechnische
Verbindung der Abgaseinlassöffnungen 25, 26 in
der Mischkammer 24 geschaffen, indem der fest am Ventilschaft 21 angeordnete
Ventilteller 22 vom Dichtmittel 27 abhebt. Bei
weiterer Verstellung des Ventilteils hebt auch der Ventilteller 23 von
dem ihm zugeordneten Dichtmittel 28 ab, wodurch die Abdichtung
der Abgasauslassöffnung 20 gegen
die Mischkammer 24 aufgehoben wird.
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Es versteht sich, dass die beschriebene
federnde Fixierung eines Ventiltellers auch anderweitig, wie beispielsweise
durch eine Blattfeder, realisiert werden kann. Ebenso versteht sich,
dass beide Ventilteller 22, 23 verschieblich auf
dem Ventilschaft 21 angeordnet sein können.
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Um eine Überhitzung des Abgasrückführventils 12,
insbesondere bei hohen Abgasrückführraten,
zu vermeiden ist das Abgasrückführventil 12 vorzugsweise
kühlbar
ausgeführt.
Dies kann beispielsweise durch einen vom Kühlwasser des Motors durchströmten Kühlwassermantel
(nicht dargestellt) des Ventilgehäuses 29 oder durch
eine Kühlwasserkühlung im
Bereich der Ventilschaftführung
(nicht dargestellt) oder des Ventilantriebs erfolgen.