DE19520871A1 - Abgasrückführventil - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-C-43 25 169 ist ein Abgasrückführventil mit einem Stellantrieb bekannt, bei dem von einem Stelldruck entgegen der Kraft einer Feder beaufschlagte Stellmembran vorgesehen ist. Solche Antriebe von Abgasrückführventilen sind jedoch nur verwirklichbar, wenn am Einsatzort eine entsprechende Luftdruckwelle zur Verfügung steht. Die Bereitstellung eines solchen Druckmediums für sich ist sehr aufwendig.

Es sind desweiteren durch Elektromagnete betätigbare Abgasrückführventile bekannt, bei denen das Stellglied axial auf den Ventilschaft des Ventilgliedes wirkt. Solche Antriebe benötigen Magnete mit hoher Stellkraft, um ein einwandfreies Arbeiten des Abgasrückführventils zu erlauben. Diese Magneten müssen insbesondere die Schließfunktion des Abgasrückführventils gewährleisten. Dadurch sind die Stellmagneten in ihrer Bauweise sehr groß und erfordern eine entsprechende Energiequelle, um solche Magneten anzutreiben.

Desweiteren sind bereits Stellantriebe bekannt, bei denen die Bauweise als auch die entsprechende Energieversorgung verringert ist. Diese Stellantriebe weisen zur Betätigung des Abgasrückführventils ein mit dem Stellantrieb an einer ortsfesten Stützstelle sich abstützenden Kniehebel auf, der mit einem Ventilschaft gekoppelt ist. Ein derartiges Abgasrückführventil erlaubt den Einsatz kleinerer Magnete und kleinerer Stellantriebe, wobei, wie auch bei den vorherigen Ausführungsformen der Abgasrückführventile, nicht sichergestellt ist, daß das Ventil auf sichere Art und Weise abgedichtet ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Abgasrückführventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Betätigung des Abgasrückführventils mit einer sehr niedrigen Stellkraft erfolgen kann, da zunächst in einer ersten Phase der Schließbewegung ein Ventilglied bis in die Nähe eines Ventilsitzes positioniert wird, ohne das Abgasrückführventil vollständig abzudichten.

Ein in der Abgasrückführleitung vorherrschender Druck kann aufgrund der Positionierung des Ventilgliedes nahe des Ventilsitzes in geringerem Maße entweichen, wodurch im Anschlußbereich eines Rohres ein Druckaufbau erfolgt, der auf einen Membranflansch, der mit einem Ventilrohr wirkverbunden ist, wirkt. Dadurch kann eine Bewegung des Ventilrohres in seiner Längsachse bewirkt werden, wodurch dessen stirnseitige Mündung, die einen Ventilsitz aufweist, auf den Ventilteller zubewegt wird, an diesem anliegt und das Abgasrückführventil abschließt.

Diese Anordnung ermöglicht somit ein selbstabdichtendes Ventil, wodurch die in einer letzten Schließphase notwendigen hohen Stellkräfte nicht aufgebracht werden müssen. Dadurch können wesentlich kleinere Magnete und kleinere Stellantriebe zum Einsatz kommen, die zu einer Verringerung der Baugröße für Abgasrückführventile führen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Ausführung gemäß Anspruch 5, bei der der Membranflansch einstückig mit dem Ventilrohr ausgebildet ist. Dadurch kann eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung des im wesentlichen radial zu einer Ansaugleitung angeordneten Ventilrohres vorgesehen sein. Das aus Blech, Stahlblech oder dgl. ausgebildete Ventilrohr mit dem sich daran anschließenden Membranflansch kann in einem Tiefziehgang herstellbar sein. Gleichzeitig kann durch die einstückige Ausbildung eine strömungsgünstige Anordnung ohne in den Strömungsquerschnitt der Abgasleitung hineinragende Teile ausgebildet sein.

In den weiteren abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung angegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Abgasrückführventils mit einem elektrischen Stellantrieb,

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Abgasrückführventils und

Fig. 3 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Abgasrückführventils.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Rohr 10 gezeigt, das Teil einer Luftansaugleitung einer Brennkraftmaschine sein kann oder auch Teil einer Abgasrückführleitung. Im ausgeführten Beispiel ist das Rohr als Zwischenstück einer der Brennkraftmaschine Luft- oder Kraftstoff-Luft-Gemisch zuführenden Saugleitung konzipiert. Das Rohr 10 weist einen Anschlußflansch 11 an dem einen Ende und einen Schlauchverbindungs-Ventilrohr 12 am anderen Ende auf. An dem Rohr 10 ist radial ein Anschlußflansch 13 vorgesehen, der als Halterung eines Ventilrohres 14 dient, der in nicht weiter gezeigter Weise mit einer Abgasrückführleitung 16 verbunden ist. Das Ventilrohr 14 ragt frei in das Rohr 10 hinein. Dessen stirnseitige Mündung weist einen Ventilsitz 17 auf, an dem ein Ventilteller 18 eines Ventilgliedes 19 mit seiner Dichtfläche zur Anlage kommt. Der Ventilteller 18 wird durch einen Ventilschaft 21 geführt, der wiederum in einer Dichtbuchse 22 geführt ist, durch die hindurch der Ventilschaft 21 mit seinem Ende aus dem Rohr 10 herausragt.

Das außenliegende Ende des Ventilschaftes 21 ist mit einem Kniehebel 23 gekoppelt. Dieser wird von einem Stellantrieb 24 des Abgasrückführventils angetrieben. Ein an dem Rohr 10 vorteilhafterweise einstückig angeordnetes Gehäuse 26 nimmt den elektrischen Stellantrieb 24 und des damit wirkverbundenen Kniehebels 23 auf. Der Stellantrieb 24 kann als ein elektrischer Stellmagnet ausgebildet sein, der ein Tauchankermagnet ist.

Zum Öffnen des Abgasrückführventils wird der Elektrostellmagnet entregt, so daß der Kniehebel 23 derart bewegt wird, daß das hintere Ende des Ventilschaftes nach links bewegt wird. Der Ventilteller 18 wird von dem Ventilsitz 17 entfernt angeordnet und die über die Abgasrückführleitung 16 strömende Abgase können frei in das Rohr 10 austreten.

In Fig. 2 ist eine schematisch vergrößerte Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels gezeigt. Das Ventilrohr 14 weist an seinem dem Ventilsitz 17 gegenüberliegenden Ende einen Membranflansch 27 auf, der sich im wesentlichen radial nach außen zu einer Längsachse 28 des Ventilrohres 14 erstreckt. Der Membranflansch 27 ist einstückig mit dem Ventilrohr 14 verbunden und vorteilhafterweise als Tiefziehteil aus Blech oder Stahlblech oder dgl. ausgebildet. Der Membranflansch 27 durchquert einen zwischen dem Rohr 10 und dem Anschlußflansch 13 gebildeten Anschlußbereich 29 und ist mit seinem freien, radial nach außen weisenden Ende 31 über den Anschlußflansch 13 zu dem Rohr 10 festgelegt. Dafür kann eine Schraub-, Rast-, Klemmverbindung oder dgl. vorgesehen sein.

Der Membranflansch 27 ist als ein radial um das Ventilrohr 14 umlaufender Ringabschnitt ausgebildet. Der in dem Anschlußbereich 29 liegende Membranflansch 27 ist blattfederartig ausgebildet.

Der Anschlußflansch 13 weist zumindest eine unterhalb des Membranflansches 27 sich erstreckende Kammer 32 auf, die zu der Abgasrückführleitung 16 hin offen ausgebildet ist. Die Kammer 32 weist an einem zur Abgasrückführleitung 16 weisenden Ende einen Anschlag 33 auf. Dem gegenüberliegend ist eine das Ventilrohr 14 umgebende und zu diesem beabstandet eine Öffnung 34 des Rohres 10 vorgesehen, die einen nach unten ragenden Anschlag 36 aufweist, der mit dem Anschlag 34 einen Spalt 37 bildet. Der Membranflansch 27 ist zwischen diesem Spalt hindurchgeführt und geht in diesen Bereich in das Ventilrohr 14 über. Die Breite des Spaltes 37 ist anwendungsspezifisch bestimmbar, wobei vorteilhaft eine Spaltbreite in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 mm vorgesehen ist. Innerhalb dieses Spaltes 37 kann der einseitig an seinem freien Ende 31 fest eingespannte Membranflansch 27 auf- und abbewegbar sein, wodurch das Ventilrohr 14 in Längsachse 28, die in der Achse der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilgliedes 19 liegt, relativ bewegbar sein.

Die Schließbewegung des Abgasrückführventiles wird beispielsweise durch ein Motormanagement gesteuert. Der elektrische Stellantrieb 24 positioniert den Ventilteller 18 in einem Abstand, der geringer ist als der Spalt 37 ausgebildet ist, zu dem Ventilsitz 17. Der Abstand zwischen Ventilsitz 17 und Ventilteller 18 beträgt vorteilhafterweise zwischen 0,2 und 0,3 mm. Diese Stellbewegung in der ersten Schließphase der Schließbewegung kann unter sehr geringem Kraftaufwand erfolgen, da zwischen Ventilsitz 17 und Ventilteller 18 eine genügend große Menge an Abgas entweichen kann und der auf den Ventilteller 18 wirkende Abgasdruck relativ gering ist. Dies ermöglicht eine sehr kleine Ausbildung der Magneten des Stellantriebes 24. In dieser Position ist der Kniehebel 23 bereits in einer Endstellung angeordnet und benötigt somit sehr wenig Energie aufgrund der Hebelverhältnisse, um während der nachfolgenden zweiten Schließbewegung den Ventilteller 18 in seiner Position zu halten.

Die erste Schließphase der Schließbewegung bewirkt, daß aufgrund des begrenzten Querschnittes das Abgas in geringerem Maße abströmt. Dadurch bildet sich ein Rückstau in dem Ventilrohr 14, wodurch das zuströmende Abgas zwangsweise in die Kammer 32 des Anschlußbereiches 29 strömt. Der in der Kammer 32 sich aufbauende Druck wirkt auf den Membranflansch 27, der in Längsachse 28 des Ventilrohres 14 ausweicht und ausgelenkt wird. Das unmittelbar mit dem Membranflansch 27 in Verbindung stehende Ventilrohr 14 wird mit seinem Ventilsitz 17 in der zweiten Schließphase gegen den Ventilteller 18 gedrückt und schließt das Ventilrohr 14 vollständig ab. Die zweite Schließphase des Abgasrückführventils, das im wesentlichen durch die Axialbewegung entlang der Längsachse 28 des Ventilrohres 14 erfolgt, führt zur Ventildichtheit des Abgasrückführventils.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des mit dem Ventilrohr 14 verbundenen Metallflansches 27, der in einem Anschlußbereich 29 angeordnet ist, stellt ein selbstabdichtendes Prinzip dar, das unter Verwendung sehr kleiner Magnete des Stellantriebes 24 und einem geringen Energieverbrauch ermöglicht ist.

In Fig. 3 ist schematisch eine vergrößerte Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Membranflansch 27 gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Membranflansch 27 abgewandelt. Die übrigen Komponenten des Abgasrückführventils sind gleich ausgebildet. Ebenso bleibt die Funktionsweise der Schließbewegung des Abgasrückführventils als selbstabdichtendes Prinzip erhalten.

Der Membranflansch 27 ist wellenförmig bzw. zickzackförmig ausgebildet und ermöglicht somit eine Anordnung, die bereits bei einem relativ geringen, sich in der Kammer 32 aufbauenden Druck, auslenkbar ist. Dadurch kann der Abstand zwischen Ventilsitz 17 und Ventilteller 18 gegenüber dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel größer sein, wodurch der in einer ersten Schließphase einstellbare Abstand zwischen Ventilteller 18 und Ventilsitz 17 grundsätzlich, also auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, kleiner sein muß als der Spalt 37. Der dadurch sich geringer ausbildende Staudruck kann für einen genügend großen Druckaufbau in der Kammer 32 ausreichen, um das Ventilrohr 14 mit seinem Ventilsitz 17 gegen den Ventilteller 18 ventildicht anzudrücken.

Der Membranflansch 27 weist vorteilhafterweise eine geringe Wandstärke auf, damit der in der Abgasrückführleitung sich aufbauende Druck ausreicht, um eine axiale Auslenkung entlang der Längsachse 28 des Ventilrohres 14 zu ermöglichen.

Der obere Anschlag 36 des Rohres 10 begrenzt die axiale Auslenkung des Ventilrohres 14. Dadurch kann eine Beschädigung der Membran bei einer ggf. Fehlstellung des Ventilgliedes 19, die beispielsweise nur geringfügig größer sein kann als die Breite des Spaltes 37, vermieden werden.

Claims (11)

1. Abgasrückführsystem zur Steuerung von Abgasrückführmengen, die der Saugseite einer Brennkraftmaschine zugeführt werden, mit einem zumindest teilweise in ein Rohr (10) ragendes, mit dem Ansaugsammelstrom verbundenen und Teil einer Abgasrückführleitung (16) bildenden Ventilrohr (14), dessen stirnseitige Mündung einen Ventilsitz (17) aufweist, mit dem ein von einem Stellantrieb (24) betätigbares Ventilglied (19) zusammenwirkt, das einen durch die Wand des Rohres (10) hindurchgeführten Ventilschaft (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilrohr (14) über einen an dem dem Ventilsitz (17) gegenüberliegenden Ende und in einem Anschlußbereich (29) des Rohres (10) angeordneten Membranflansch (27) relativ zu dem Ventilglied (19) bewegbar angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranflansch (27) mit einem Anschlußflansch (13) zu dem Rohr (10) festlegbar ist und einen Anschlußbereich (29) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußbereich (29) wenigstens eine den Anschlußflansch (13) zumindest teilweise umgebende Kammer (32) aufweist, die zu der Abgasrückführleitung (16) hin offen ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem zum Ventilrohr (14) weisenden Ende des Anschlußbereiches (29) ein unterer Anschlag (33) des Anschlußflansches (13) und ein oberer Anschlag (36) des Rohres (10) einen die Relativbewegung des Ventilrohres (14) begrenzender Spalt (37) von 0,2 mm bis 0,8 mm vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranflansch (27) einstückig mit dem Ventilrohr (14) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranflansch (27) sich radial zu einer Längsachse (28) des Ventilrohres (14) im wesentlichen vollständig durch den Anschlußbereich (29) hindurch erstreckt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallflansch (27) blattfederartig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallflansch (27) sich wellenförmig im Anschlußbereich (29) erstreckt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilteller (18) des Ventilgliedes (19) auf einen Abstand, der kleiner ist als der im Anschlußbereich (29) ausgebildete Spalt (37), zu dem in Öffnungsstellung angeordneten Ventilsitz (17) positionierbar ist, und daß das Ventilrohr (14) über einen sich in der Kammer (32) aufbauenden und auf den Membranflansch (27) wirkenden Druck in der Kammer (32) des Anschlußbereichs (29) axial gegen den Ventilsitz (17) in eine selbstabdichtende Schließstellung überführbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (19) mit einem elektrischen Stellantrieb (24) positionierbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (19) mit einem sich an dem Stellantrieb (24) abstützenden Kniehebel (23) gekoppelt ist.