DE19549107A1

DE19549107A1 - Vorrichtung zur Abgasrückführung mit einem im Ansaugkanal betätigbaren Schließelement

Info

Publication number: DE19549107A1
Application number: DE19549107A
Authority: DE
Inventors: Hermann Moedinger; Thomas Dipl Ing Linke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-07-03
Also published as: EP0812386A1; EP0812386B1; JPH11504411A; US5785034A; KR19980702578A; DE59604117D1; WO1997024522A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur Abgasrückführung mit einem im Ansaugkanal betätigbaren Schließelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt. So werden bei einigen Versionen Abgaszuführkanäle seitlich in die Ansaugkanäle hin eingeführt und dort z. B. über Tellerventile geöffnet oder ver schlossen. Die Verschlußteller der Ventile werden dazu im An saugkanal auf die jeweilige Öffnung des entsprechenden Abgas zuführkanals aufgelegt oder von diesem abgehoben. Bei ungere gelten Vorrichtungen erfolgt der Antrieb zum Verstellen des Verschlußtellers beispielsweise über Unterdruckdosen. Eine hierzu vergleichbare Vorrichtung ist aus der US-PS 3,901,203 bekannt. Allerdings bewegt dort die Unterdruckdose eine Schwenkklappe. Außerdem sitzt das ganze Abgasrückführventil in einer außerhalb des Ansaugkanals liegenden Abgasleitung. Des weiteren ist in der GB-PS 1 388 032 ebenfalls ein außerhalb des Ansaugkanals gelegenes Abgasrückführventil beschrieben.

Neuere Abgasrückführventile werden geregelt betrieben. Dazu wird beispielsweise der bekannte Verschlußteller im Ansaug kanal mit Hilfe eines pneumatischen Antriebs axial auf die Öffnung des Abgaszuführkanals zu- oder wegbewegt. Durch die antriebsbedingte Elastizität, den auf den Ventilteller wirken den Abgasdruck und die Stromungsbedingungen im Ansaugkanal er geben sich bei einer stufenlosen Verstellung speziell im Teil lastbetrieb bei kleinen Ventilspalten unerwünschte Ungenauig keiten.

Es sind auch aufwendige Konstruktionen bekannt, bei denen der Ventilteller bzw. das Schließglied mit Hilfe eines Getriebe motors bewegt wird.

Vorteile der Erfindung

Bei dem Gegenstand der Erfindung handelt es sich um eine Vor richtung zur Abgasrückführung bei der u. a. zum einen der Ab gaszuführkanal, sowie der Verstellantrieb so im Ansaugkanal angeordnet ist und zum anderen die Ventilteile derart ausge bildet sind, daß nur minimale vom Abgas- und Frischgasstrom verursachte Kräfte auf das Schließelement und dessen Antrieb wirken. Dazu ragt in den Ansaugkanal annähernd senkrecht zur Frischgasströmung ein im wesentlichen zylindrisches Abgas zuführrohr als Teil eines Abgaszuführstutzens hinein, das in seiner zylindrischen Wandung eine Auslaßöffnung aufweist. Über der Auslaßöffnung ist als Schließelement eine Drehschieber glocke angeordnet, die das in den Ansaugkanal hereinragende Abgaszuführrohr zumindest bereichsweise umfaßt. Die Drehschie berglocke ist mit einem als Verstellantrieb dienenden Elek troschwenkmotor gekuppelt.

Der Elektroschwenkmotor ist beispielsweise ein sog. elektro magnetischer Drehsteller. Die Spulenwicklung dieses Schwenk motors wird mit einem pulsierenden Gleichstrom beaufschlagt. Das hierbei entstehende Drehmoment des Rotors wirkt gegen eine Rückstellfeder. Bezüglich der Drehstellerbauart kann u. a. die Spulenwicklung zusammen mit einem Eisenjoch den Stator und ein Permanentmagnet zusammen mit der Schwenkwelle den Rotor bil den. Die Schwenkbewegung des Schließelements kann auch mit Hilfe eines Schrittmotors realisiert werden.

Zur Erzeugung einer guten Vermischung von Frisch- und Abgas ist die Auslaßöffnung des in dem Ansaugkanal hereinragenden Abgaszuführrohres bezüglich der Strömungsrichtung des Frisch gasstromes annähernd quer und hinter dem Abgaszuführrohr ange ordnet. Durch diese Anordnung können sich kaum Abgasrückstände im Ventil- oder Drosselklappenbereich ablagern. Bei gekrümmten Ansaugkanälen oder in Kanälen mit anderen Strömungs hindernissen kann das Abgas zum Erzielen einer optimalen Durchmischung auch schräg zum Frischgasstrom eingeleitet wer den. Dazu kann das Abgaszuführrohr als ein separat in den Ab gaszuführstutzen einsteckbares Bauteil schwenkbar montiert sein.

In der Regel fluchtet das Schließelement bzw. die Drehschie berglocke gegenüber dem Abgaszuführstutzen und dem Abgas zuführrohr. Die Mittellinien des Abgaszuführstutzens und der Drehschieberglocke können auch geringfügig parallel versetzt angeordnet sein. Ein Versatz, der einen kleinen Spalt im Be reich der Auslaßöffnung und einen großen Spalt auf der gegen überliegenden Seite des Abgaszuführrohres erzeugt, bewirkt eine gute Ventildichtigkeit ohne die Gefahr, daß die Dreh schieberglocke durch Verschmutzungen im Spalt klemmt.

Die Vorrichtung zur Abgasrückführung hat ein Schließelement, zu dessen Betätigung aufgrund seiner Gestaltung nur eine ge ringe Kraft benötigt wird. Ferner besteht durch die Glocken form des Schließelements zum einen eine hohe Sicherheit gegen eine Schwingungsanregung aus dem Abgassystem und zum anderen ist sie durch eine in sich ausgewogene Massenverteilung schüt telsicher gegenüber ihrer Schwenkachse. Des weiteren ermög licht der Direktantrieb ein hochdynamisches und präzises Ver stellverhalten.

Zeichnung und Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung einer schematisch in Fig. 1 darge stellten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt ein Abgasrückführventil, das in einem Ansaug kanal (10) einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. In den An saugkanal (10) wird in Richtung der Frischgasströmung hinter einer Drosselklappe (1) das Abgas eingeleitet. Dazu ist an der Außenwand des Ansaugkanals (10) ein Abgaszuführstutzen (11) angeordnet, an dem eine hier nicht dargestellte Abgaszuführ leitung angeflanscht ist. Im Abgaszuführstutzen (11) ist bei spielsweise ein separates Abgaszuführrohr (12) eingesetzt. Das Abgaszuführrohr (12), das auch ein an dem Abgaszuführstut zen (11) angeformter rohrförmiger Abschnitt sein kann, hat eine zylindrische Außenkontur und ist mit einem Boden (13) verschlossen. In dem in den Ansaugkanal (10) hineinragenden Teil hat das Abgaszuführrohr (12) eine runde Auslaßöff nung (15). Die gedachte Mitteilinie der Auslaßöffnung (15) verläuft beispielsweise parallel zur Mittellinie des Ansaug kanals (10). Über dem frei in den Ansaugkanal (10) hinein ragenden Teil des Abgaszuführrohres (12) ist eine schwenkbare Drehschieberglocke (20) positioniert. Die Schwenkachse der Drehschieberglocke (20) entspricht der Mittellinie des Abgas zuführrohres (12).

Die Drehschieberglocke (20) ist in Fig. 1 ein dünnwandiger Hauptzylinder mit Boden. An der Außenseite des Bodens ist ein im Durchmesser kleinerer Lagerzylinder konzentrisch zum Haupt zylinder angeordnet. Der Hauptzylinder hat eine als Drehschie beröffnung dienende Bohrung (21), die bei geöffnetem Abgas rückführventil mit der Auslaßöffnung (15) beispielsweise deckungsgleich ist. Da in Fig. 1 das Abgasrückführventil im geschlossenen Zustand dargestellt ist, liegt die Drehschieber öffnung (21) auf der Rückseite des Abgaszuführrohrs (12) und ist somit nur gestrichelt gezeichnet.

Die Auslaßöffnung (15) des Abgaszuführrohrs (12) und die Dreh schieberöffnung (21) können unterschiedlich große Flächen und verschiedene Konturen aufweisen. Die Querschnitte der Öff nungen (15) und (21) lassen sich ggf. so aufeinander abstim men, daß jedem Schwenkwinkel der Drehschieberglocke (20) ein bestimmter Öffnungsquerschnitt entspricht, so daß z. B. mit wachsendem Schwenkwinkel der Öffnungsquerschnitt zunimmt.

Des weiteren kann die Drehschieberglocke (20) auch mehrere Öffnungen im Bereich des Hauptzylinders aufweisen. Auf diese Weise lassen sich z. B. verschiedene Öffnungsquerschnitte pro Schwenkwinkel realisieren.

Der Boden der Drehschieberglocke (20) kann mehrere Ausneh mungen oder Bohrungen haben, um Abgas, das im Spaltraum zwi schen dem Abgaszuführrohr (12) und der Drehschieberglocke (20) ansteht, entweichen zu lassen. Durch ein Anbringen solcher Ausnehmungen kann sich keine auf die Drehschieberglocke (20) wirkende Axialkraft ausbilden. Außerdem dringt das am Rand des Bodens entweichende Abgas nicht in den Verstellantrieb (30) ein.

Zum Lagern und Verstellen der Drehschieberglocke (20) wird ein Elektroschwenkmotor (30) verwendet. Er ist in einem Antriebs gehäuse (31) untergebracht, das in Form eines Rohres aus dem Ansaugkanal (10) hervorsteht. Das Antriebsgehäuse (31) ist so ausgerichtet, daß seine Mittellinie mit der Mittellinie der Bohrung zur Aufnahme des Abgaszuführstutzens (11) überein stimmt und sich zugleich mit der Mittellinie des Ansaug kanals (10) senkrecht schneidet. Ferner ist die nach außen weisende Stirnfläche des Antriebsgehäuses (31) normal zur Ge häusemittellinie ausgerichtet.

Auf der planen Stirnfläche des rohrförmigen Antriebs gehäuses (31) ist ein Drehschieberflansch (32) montiert, an dem sich eine Drehschieberachse (35) anschließt. Das freie Ende der Drehschieberachse (35) greift in eine im Boden (13) des Abgaszuführrohres (12) vorhandene Lagerbohrung (16) ein. Beim Einbau des Elektroschwenkmotors (30) in den Ansaug kanal (10) wird die Drehschieberachse (35) über den Drehschie berflansch (32) so am Antriebsgehäuse (31) positioniert und angeschraubt, daß sie ohne Verspannen oder Verkanten in die Lagerbohrung (16) des Abgaszuführrohres (12) eingreift.

Die Drehschieberglocke (20) sitzt mit Hilfe des Lagerzylinders auf einer Hohlwelle (36), die auf der Drehschieberachse (35) zweifach wälzgelagert ist. Das in der Nähe des Drehschieber flansches (32) angeordnete Wälzlager (37) ist ein Festlager. Gegebenenfalls kann das Antriebsgehäuse (31) mit geringfügigem Überdruck beaufschlagt werden, um die Wälzlager vor ggf. ein dringenden Abgaspartikeln zu schützen. Zusätzlich kann vor dem freien Ende der Hohlwelle (36) zwischen der Drehschieber glocke (20) und der Drehschieberachse (35) oder dem Boden (13) beispielsweise eine Spaltdichtung vorgesehen werden.

Anstelle der beiden Wälzlager können auch Gleitlager oder Kreuzfedergelenke verwendet werden. Letztere sind wärme- und schmutzunempfindlicher.

Auf dem hinteren Teil der Hohlwelle (36) sitzt eine Spule (41). U.a. bilden diese beiden Bauteile den Rotor des Elektroschwenkmotors (30). Um die Spule (41) herum ist ein magnetischer Stator (42) angeordnet. Er ist in einer im Dreh schieberflansch (32) vorhandenen Ringnut (33) befestigt.

Der Elektroschwenkmotor (30) hat einen, durch nicht darge stellte Anschläge, begrenzten Schwenkbereich von ca. 90°. Das Schließen des Abgasrückführventils bewirkt eine Spiral feder (44), die zwischen dem Drehschieberflansch (32) und der hinteren Stirnseite der Hohlwelle (36) liegt. Die Spiral feder (44) ist dazu an der Hohlwelle (36) und am Drehschieber flansch (32) befestigt.

Um den Elektroschwenkmotor (30) vor Verunreinigungen zu schüt zen, ist zwischen dem Antriebsgehäuse (31) und dem Stator (42) ein dünnwandiger, topfförmiger Deckel (49) angeordnet. Der Deckel (49) ist an der äußeren Kante der im Drehschieber flansch (32) angebrachten Ringnut (33) festgeklemmt. Im inne ren Wandungsbereich des Ansaugkanals (10) ist zum Abdichten an der Übergangstelle zwischen dem Deckel (49) und dem Antriebs gehäuse (31) ein O-Ring eingeklemmt. Zwischen der Hohl welle (36) und dem Deckel (49) liegt eine Spaltdichtung.

Alternativ zu der bisher beschriebenen Konstruktion besteht auch die Möglichkeit den Elektroschwenkmotor (30) mit einem eigenen Gehäuse auszustatten, so daß er zusammen mit der Dreh schieberachse (35) und der Drehschieberglocke (20) eine Mon tagebaugruppe bildet. Die Montagebaugruppe kann dann direkt an dem Ansaugkanal (10) angeflanscht werden, ohne daß dieser ein wie in Fig. 1 gezeigtes, angeformtes Antriebsgehäuse (31) benötigt. Zum Durchstecken der Drehschieberglocke (20) hat dazu der Ansaugkanal (10) einen entsprechenden Durchbruch.

Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine wird abhängig vom Be triebszustand über das Abgaszuführventil dem Frischgas eine Teilmenge des Abgases beigemengt. Dazu wird bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Drehschieberglocke (20) gegen die Schließkraft der Spiralfeder (44) durch ein gesteuertes Bestromen der Spule (41) offen gehalten. Eine Öffnungsbewegung erfolgt durch ein Drehung der Drehschieberglocke (20) entgegen dem Uhrzeigersinn.

Claims

1. Vorrichtung zur Abgasrückführung mit einem an einen Ansaug kanal angeschlossenen Abgaszuführkanal, wobei der Abgaszuführ kanal im Ansaugkanal über ein von einem Verstellantrieb betä tigten Schließelement öffen- und verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß in den Ansaugkanal (10) annähernd senkrecht zur Frisch gasströmung ein im wesentlichen zylindrisches Abgaszuführ rohr (12) als Teil eines Abgaszuführstutzen (11) hineinragt,
- daß das Abgaszuführrohr (12) in seiner zylindrischen Wandung eine Auslaßöffnung (15) aufweist,
- daß das Schließelement eine Drehschieberglocke (20) ist, die das in den Ansaugkanal (10) hereinragende Abgaszuführ rohr (12) zumindest bereichsweise umfaßt und
- daß die Drehschieberglocke (20) mit einem als Verstell antrieb dienenden Elektroschwenkmotor (30) gekuppelt ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (15) bezüglich der Strömungsrichtung des Frischgasstromes annähernd quer und hinter dem Abgaszuführ rohr (12) angeordnet ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachten Mittellinien des Abgaszuführstutzens (11) und der Drehschieberglocke (20) identisch sind.