DE19627035C2 - Abgas-Rückführvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gesteuerten Rück­ führung von Abgasen zum Ansaugkrümmer eines Verbrennungs­ motors, mit einem in eine Öffnung der aus einem Kunststoff bestehenden Ansaugkrümmerwandung einsetzbaren, metallischen Abgasrohr zur Abgasführung zwi­ schen einem EGR-Ventil (Exhaust Gas Recirculation Ventil) und dem Ansaugkrümmer, welches in seinem gegenüber der Ansaug­ krümmerwandung abzudichtenden Bereich von einer Wärmedämm­ schicht umfaßt wird.

Bei modernen Otto- und Dieselmotoren wird ein Teil der Abgase der Ansaugseite des Motors zugeführt, um im Abgas enthaltene unverbrannte Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls auch Ruß­ partikel zu verbrennen. Die zur Ansaugseite des Motors zu­ rückgeführte Abgasmenge wird mit Hilfe eines sogenannten EGR-Ventils lastabhängig geregelt.

Beim heutigen Stand der Technik erfolgt eine Abgasrückführung nur während gewisser Betriebszustände des Motors, d. h. das EGR-Ventil ist häufig geschlossen. Um jedoch den zukünftig noch strengeren Abgasnormen gerecht zu werden, muß das EGR-Ventil ständig in Betrieb sein, d. h. es muß ständig Abgas zur Motor-Ansaugseite zurückgeführt werden, auch wenn die zurückgeführte Abgasmenge lastabhängig geregelt wird.

Bis vor einiger Zeit handelte es sich beim Ansaugkrümmer um ein Leichtmetall-Gußteil. Aus Kostengründen sowie zur Ge­ wichtseinsparung werden bei modernen Motoren als Ansaug­ krümmer jedoch im Spritzgußverfahren hergestellte Kunststoff- Formteile verwendet.

Vom EGR-Ventil führt ein metallisches Abgasrohr zum Ansaug­ krümmer und ragt in eine Öffnung der Ansaugkrümmerwandung hinein, wobei diese Öffnung größer ist als der Außendurch­ messer des Abgasrohres, so daß letzteres die Ansaugkrümmer­ wandung nicht berührt. Da die rückgeführten Abgase im Bereich des vom EGR-Ventil wegführenden Abgasrohres noch Temperaturen von 350 bis 400°C haben, gegenüber welchen der Kunststoff des Ansaugkrümmers nicht beständig ist, erfolgt beim Stand der Technik die Fixierung des vom EGR-Ventil wegführenden Abgas­ rohres im Ansaugkrümmer sowie seine Abdichtung gegenüber dem Ansaugkrümmer wie folgt: An dem metallischen Abgasrohr ist eine metallische Hülse angeschweißt, die das Rohr mit Abstand umgibt, so daß sich zwischen dem letzteren und der Hülse ein ringförmiger Luftspalt ergibt, welcher der Wärmeisolierung dient; damit die metallische Hülse am Abgasrohr angeschweißt werden kann, besitzt sie an ihrem dem EGR-Ventil zugewandten Ende einen konusförmigen Bereich, der mit seinem kleinen Durchmesser gegen den Außenumfang des Abgasrohres anliegt und dort angeschweißt ist, während das Ansaugkrümmer-seitige Ende der Hülse offen ist. Der Ansaugkrümmer besitzt nun einen die genannte Öffnung in der Ansaugkrümmerwandung umgebenden, kur­ zen, rohrstutzenförmigen Ansatz, in den die metallische Hülse samt Abgasrohr eingesteckt wird und gegenüber dessen Innen­ wandung der Außenumfang der Hülse mittels eines O-Ringes abgedichtet ist.

Eine ähnliche Abgas-Rückführvorrichtung ergibt sich aus der EP-A-0 647 779. Bei dieser Vorrichtung ist an dem der Abgas­ rückführung dienenden metallischen Abgasrohr gleichfalls eine ungefähr konusförmige metallische Hülse befestigt, und zwar z. B. durch Löten, wobei die Befestigungsstelle nicht dem EGR-Ventil, sondern dem Kunststoff-Ansaugkrümmer zugekehrt ist. Außerdem erfolgt die Abdichtung nicht mittels eines O-Ringes, sondern mittels einer flexiblen Kunststoff- Manschette, welche einerseits am Ansaugkrümmer und anderer­ seits mit ihrem vom letzteren abgewandten, die metallische Hülse umfassenden Endbereich an dieser Hülse festgelegt ist, und zwar an dem den größten Durchmesser aufweisenden Hülsen­ bereich mittels eines Spannringes.

Diese Art der Einführung des metallischen Abgasrohres in einen Kunststoff-Ansaugkrümmer reicht aus, wenn die Abgas­ rückführung nur kurzzeitig erfolgt, sie ist jedoch unge­ eignet, wenn ständig Abgas zur Ansaugseite des Motors zurück­ geführt wird, weil dann die der metallischen Hülse benachbar­ ten Bereiche des aus Kunststoff bestehenden Ansaugkrümmers zu heiß werden würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgas- Rückführvorrichtung zu schaffen, die auch dann mit einem Kunststoff-Ansaugkrümmer kombiniert werden kann, wenn das EGR-Ventil ständig in Betrieb ist, und die hohe Standzeiten und geringe Herstellungskosten ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, die minde­ stens denjenigen Bereich des metallischen Abgasrohres, wel­ cher nach der Montage der Ansaugkrümmerwandung benachbart ist, abschirmende Wärmedämmschicht aus einer einfach zu ver­ arbeitenden, hoch temperaturbeständigen und gute Wärmedämm­ eigenschaften aufweisenden, aushärtbaren Formmasse zu bilden, welche möglichst auch noch gut an dem metallischen Abgasrohr haftet, wobei, wie sich aus dem Folgenden noch ergeben wird, eine solche Haftung ohne weiteres durch andere Befestigungs- und Abdichtmaßnahmen ersetzt werden kann.

Eine besonders geeignete Formmasse ist in der als WO 95/26938 veröffentlichten Internationalen Patentanmeldung PCT/EP95/00561 der Firma Elring Klinger GmbH offenbart, weshalb gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, eine Abgasrückführvorrichtung so zu gestalten, daß die Wärmedämmschicht von einem aus einer aushärtbaren, ein hochtemperaturfestes Bindemittel, Partikel eines poren­ haltigen Materials sowie eine faser- oder nadelförmige Ver­ stärkungskomponente enthaltenden Formmasse hergestellten, hülsenförmigen Formteil gebildet wird, welches einerseits gasdicht im Bereich der Öffnung der Ansaugkrümmerwandung an letzterer festlegbar und andererseits mit mindestens einem axialen Abschnitt seiner Innenwandfläche gegen den Außenum­ fang des Abgasrohres anliegt, um so das Abgasrohr bezüglich des Ansaugkrümmers sowie das Formteil bezüglich des Abgas­ rohres zu positionieren.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vor­ richtung enthalten eine Wärmedämmschicht mit den Merkmalen eines oder mehrerer der Ansprüche 2 bis 16 der WO95/26938.

Ein aus einer solchen Formmasse hergestelltes Formteil ist nicht nur besonders temperaturbeständig und wärmeisolierend, sondern es hat auch die für den Motorbetrieb erforderliche mechanische Dauerfestigkeit, so daß auch die im Motorbetrieb ständig auftretenden Vibrationen nicht zu Rissen oder Dauer­ brüchen führen.

Grundsätzlich würde es ausreichen, wenn die Innenwandfläche des Formteils und der Außenumfang des Abgasrohres längs einer um das letztere herumlaufenden Linie oder in drei auf dieser Linie liegenden Punkten gegeneinander anliegen würden, um das Formteil am metallischen Abgasrohr zu positionieren oder im Falle der Festlegung des Formteils am Ansaugkrümmer und/oder am EGR-Ventil das metallische Abgasrohr bezüglich des Ansaug­ krümmers festzulegen. Wenn hingegen das Formteil als eine über ihre ganze Länge gegen den Außenumfang des Abgasrohres anliegende Hülse ausgebildet ist, läßt sich das Formteil in situ auf dem metallischen Abgasrohr aus der Formmasse formen und aushärten, wobei bei entsprechender Wahl des in der Form­ masse enthaltenen Bindemittels auch eine dauerhafte Verbin­ dung zwischen Formteil und Abgasrohr erzielt werden kann.

Um bei einer solchen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung das mit dem Formteil versehene Abgasrohr gasdicht in den Ansaugkrümmer einzuführen, empfiehlt es sich, zur Ab­ dichtung gegenüber der Ansaugkrümmerwandung eine ringförmige, mit radialer Pressung gegen den Außenumfang der Hülse anlie­ gende Dichtung aus elastischem Material vorzusehen, welche dann auch noch ein weiteres Wärmedämmelement am Übergang zu der Kunststoffwandung des Ansaugkrümmers bildet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Formteils läßt sich aber auch zusätzlich die Luftspalt-Wärmedämmung der eingangs beschriebenen bekannten Vorrichtung verwirklichen, indem das Formteil so gestaltet wird, daß es lediglich in seinem ventilseitigen Endbereich mit seiner Innenwandfläche gegen den Außenumfang des Abgasrohres anliegt und im übrigen mit radialem Abstand von diesem Außenumfang verläuft, so daß sich zwischen Innenwandfläche des Formteils und Außenumfang des Abgasrohres ein Ringraum ergibt, welcher mit Luft, Abgas oder einem Gemisch hieraus gefüllt ist und einen zusätzlichen Wärmedämmeffekt mit sich bringt.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann aber auch völlig darauf verzichtet werden, das Formteil mit dem Abgasrohr fest und dauerhaft zu verbinden. Bei Konstruktionen ohne eine solche Verbindung erfolgt die Fixierung des Formteils zweckmäßiger­ weise unter anderem dadurch, daß sich das Formteil mit seiner ventilseitigen Stirnfläche in axialer Richtung gegen eine be­ züglich des Abgasrohres feste Stirnfläche abstützt. Auf der anderen Seite wird man das Formteil so gestalten, daß es (an seinem vom EGR-Ventil abgewandten Endbereich) eine Stirn­ fläche besitzt, welche sich insbesondere über einen Dichtring an der Ansaugkrümmerwandung abstützt. In einem solchen Fall kann das Formteil auch noch besonders einfach in Richtung quer zur Abgasrohrachse am Ansaugkrümmer festgelegt werden, indem man das Formteil an seinem vom EGR-Ventil abgewandten Endbereich mit einem abgestuften Außendurchmesser versieht, so daß es mit einem axialen Abschnitt kleineren Durchmessers in die Öffnung der Ansaugkrümmerwandung passend eingesetzt werden kann.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der beigefügten zeichnerischen Darstellung sowie der nachfolgen­ den Beschreibung zweier besonders vorteilhafter Ausführungs­ formen der erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausfüh­ rungsform, wobei in Fig. 1 links auch noch das EGR-Ventil in Seitenansicht und rechts ein Teil der Ansaugkrümmerwandung im Schnitt dargestellt wurden,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, nämlich das der Wärmedämmung dienende Formteil wiederum im Längsschnitt, jedoch in größerem Maßstab als in Fig. 1 und

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform, jedoch ohne EGR-Ventil.

Die Fig. 1 zeigt ein EGR-Ventil 10 in einer Seitenansicht, von dem ein der Abgasrückführung dienendes metallisches Ab­ gasrohr 12 zu einem als Ganzes mit 14 bezeichneten Ansaug­ krümmer führt. Von dem letzteren wurde nur derjenige Bereich einer Krümmerwandung 16 dargestellt, in dem die letztere eine Öffnung 18 für den Eintritt des Abgasrohres 12 in das Innere des Ansaugkrümmers 14 aufweist.

Auf dem dem EGR-Ventil 10 zugewandten Endbereich des Abgas­ rohrs 12 ist eine Manschette 20 fest angebracht, welche eine gemäß Fig. 1 rechte Stirnfläche 20a besitzt, die senkrecht zur Achse 12a des Abgasrohrs 12 verläuft und, wie sich aus dem Folgenden noch ergeben wird, eine Anschlag- und Abdicht­ fläche bildet. Vorzugsweise handelt es sich bei der Man­ schette 20 um ein Teil aus einem Werkstoff, welcher minde­ stens ungefähr den gleichen Temperaturausdehnungskoeffizien­ ten wie das Metall des Abgasrohrs 12 hat. Außerdem sollte die Manschette 20 gasdicht auf der Außenumfangsfläche des Abgas­ rohrs 12 sitzen.

Die Stirnfläche 20a könnte aber auch durch eine umlaufende Schulter, einen Ringbund des metallischen Abgasrohres 12 oder eine Stirnfläche des EGR-Ventils 10 gebildet werden.

Zwischen der Stirnfläche 20a und der Krümmerwandung 16 ver­ läuft ein hülsenförmiges Formteil 24, welches aus einer Form­ masse hergestellt wurde, wie sie in der WO 95/26938 beschrieben und beansprucht wurde. Das Formteil 24 ist erfindungsgemäß rotationssymmetrisch zur Achse 12a ausgebildet und hat gemäß Fig. 1 links einen ungefähr koni­ schen axialen Abschnitt, an den sich nach rechts ein ganz grob kreiszylindrischer Abschnitt anschließt, so daß sich zwischen dem Abgasrohr 12 und dem Formteil 24 ein gasgefüll­ ter Ringraum 26 ergibt. Erfindungsgemäß ist der kleinste In­ nendurchmesser des Formteils 24 gleich oder nur ganz gering­ fügig größer als der Außendurchmesser des Abgasrohres 12 (zumindest an der vom linken Endbereich des Formteils 24 um­ gebenen Stelle), so daß das erfindungsgemäße Formteil 24 beim Aufschieben auf das Abgasrohr 12 auf letzterem zentriert wird.

Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, hat das Formteil 24 an seinem gemäß den Zeichnungsfiguren rechten Ende einen ab­ gestuften Außendurchmesser und bildet so eine senkrecht zur Achse 12a verlaufende Stirnfläche 30 sowie einen Ansatz 32 mit kleinerem Außendurchmesser. Der letztere ist nun erfin­ dungsgemäß gleich oder ganz geringfügig kleiner wie der Durchmesser der Öffnung 18 in der Krümmerwandung 16, so daß das Formteil 24 mit dem Ansatz 32 auch bezüglich der Öffnung 18 des Ansaugkrümmers 14 zentriert werden kann.

In der Stirnfläche 30 und einer der letzteren gegenüberlie­ genden Stirnfläche 34 des Formteils 24 befindet sich jeweils eine Ringnut 36 bzw. 38, in die jeweils ein nicht dargestell­ ter O-Ring eingelegt werden kann, um so die Fuge zwischen der Ansaugkrümmerwandung 16 und dem Formteil 24 bzw. zwischen der Manschette 20 und dem Formteil 24 abzudichten, wenn die er­ findungsgemäße Vorrichtung am Ansaugkrümmer 14 montiert wird - dabei wird das Formteil 24 in axialer Richtung zwischen der Manschette 20 und der Ansaugkrümmerwandung 16 eingespannt.

In Fig. 3 wurden der ersten Ausführungsform entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 versehen, jedoch unter Hinzufügung eines A.

Bei der in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsform be­ sitzt die aus Kunststoff bestehende Wandung 16A des Ansaug­ krümmers um ihre Öffnung 18A herum einen rohrstutzenförmigen Ansatz 50A, durch den das metallische Abgasrohr 12A samt einem das Abgasrohr mantelartig umgebenden, wärmedämmenden Formteil 24A hindurchragt. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Formteil 24A fest mit dem Abgasrohr 12A verbunden, was z. B. dadurch erreicht werden kann, daß das Formteil 24A in situ auf dem Abgasrohr 12A gebildet wird. Wie in Fig. 3 angedeutet, kann es sich empfehlen, das Abgasrohr 12A an sei­ nem Außenumfang mit einer Ringnut 52A zu versehen, so daß die Formmasse in diese Ringnut eintritt, wenn das Formteil 24A in situ auf dem Abgasrohr 12A gebildet wird. Des weiteren bildet ein Ringbund 54A des Abgasrohrs 12A eine axiale Anschlag- und Abdichtfläche für das Formteil 24A.

Damit das Abgasrohr 12A samt Formteil 24A in der Öffnung 18A der Ansaugkrümmerwandung 16A zentriert und gasdicht gehalten wird, ist zwischen dem Ansatz 50A der Krümmerwandung 16A und dem Außenumfang des Formteils 24A eine ringförmige Dichtung 60A aus einem elastischen und temperaturbeständigen Material angeordnet, die ringförmig ist und einen ungefähr L-förmigen Querschnitt hat sowie so bemessen ist, daß sie mit radialer Pressung einerseits auf dem Formteil 24A gehalten wird und andererseits gegen die Innenwandfläche des Ansatzes 50A an­ liegt.

Wie die Fig. 1 und 3 erkennen lassen, ist das Abgasrohr 12 bzw. 12A in axialer Richtung vorzugsweise so bemessen, daß es ein Stück weit in das Innere des Ansaugkrümmers hineinragt, d. h. über die Krümmerwandung 16 bzw. 16A übersteht.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur gesteuerten Rückführung von Abgasen zum Ansaugkrümmer eines Verbrennungsmotors, mit einem in eine Öffnung der aus einem Kunststoff bestehenden An­ saugkrümmerwandung einsetzbaren, metallischen Abgasrohr zur Abgasführung zwischen einem EGR-Ventil und dem An­ saugkrümmer, welches in seinem gegenüber der Ansaugkrüm­ merwandung abzudichtenden Bereich von einer Wärmedämm­ schicht umfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedämmschicht von einem aus einer aushärtbaren, ein hochtemperaturfestes Bindemittel, Partikel eines poren­ haltigen Materials sowie eine faser- oder nadelförmige Verstärkungskomponente enthaltenden Formmasse herge­ stellten, hülsenförmigen Formteil (24; 24A) gebildet wird, welches einerseits in der Öffnung (18; 18A) der Ansaugkrümmerwandung (16; 16A) sowie gegenüber letzterer abgedichtet festlegbar und andererseits mit mindestens einem axialen Abschnitt seiner Innenwandfläche gegen den Außenumfang des Abgasrohres (12; 12A) anliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (24A) als eine über ihre ganze Länge gegen den Außenumfang des Abgasrohres (12A) anliegende Hülse ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung gegenüber der Ansaugkrümmerwandung (16A) eine ringförmige, mit radialer Pressung gegen den Außen­ umfang der Hülse (24A) anliegende Dichtung (60A) vorge­ sehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (24) lediglich in seinem ventilseitigen Endbereich mit seiner Innenwandfläche gegen den Außen­ umfang des Abgasrohres (12) anliegt und im übrigen mit radialem Abstand von diesem Außenumfang verläuft.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Formteil (24; 24A) mit seiner ventilseitigen Stirnfläche in axia­ ler Richtung gegen eine bezüglich des Abgasrohres (12; 12A) feste Stirnfläche (20a; 54A) abstützt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zwischen den beiden Stirnflächen angeordneten Dichtring.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (24) an seinem vom EGR-Ventil (10) abgewandten Endbereich eine Stirnfläche (30) besitzt, welcher ein Dichtring zur Abdichtung gegenüber der Außenfläche der Ansaugkrümmer­ wandung (16) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dichtring in eine Ringnut (36, 38) des Formteils (24) eingelegt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (24) an sei­ nem vom EGR-Ventil (10) abgewandten Endbereich einen ab­ gestuften Außendurchmesser besitzt und mit einem axialen Abschnitt (32) kleineren Durchmessers in die Öffnung (18) der Ansaugkrümmerwandung (16) passend einsetzbar ist.