DE19812702A1 - Ventilanordnung zur Steuerung eines rückgeführten Abgasstromes - Google Patents
Ventilanordnung zur Steuerung eines rückgeführten AbgasstromesInfo
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Abstract
Erfindungsgemäß wird zur Steuerung eines extern rückgeführten Abgasstromes an einer Brennkraftmaschine ein Doppelsitzventil vorgeschlagen, welches zwei Ventilsitzen (12, 13) zugeordnete Verschlußglieder (16) an einer gemeinsamen Betätigungsstange (18) eines Betätigungsmechanismus (17) aufweist. Mittels eines einzigen Stellorganes (21) kann mit der Ventilanordnung die Abgasrückführung vollständig gesperrt werden oder Abgas wird über einen einen Abgaskühler (5) aufweisenden Strömungspfad (10) einer Luftleitung (3) zugeführt oder rückgeführtes Abgas wird unter Umgehung des Abgaskühlers (5) über einen Bypass (7) der Luftleitung (3) zugeführt (Figur).
Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Steuerung eines extern rückgeführten Ab
gasstromes an einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Gattungsgemäße Ventilanordnungen sind bekannt beispielsweise aus WO 96/30635 und
US 5.205.265 A.
Aus WO 96/30635 sind mehrere schematische Anordnungen einer Brennkraftmaschine mit
einer Abgasanlage und einem Abgaskühler bekannt, wobei aus dem Abgasstrang eine Ab
gasrückführleitung abzweigt, welche ihrerseits eine Y-förmige Verzweigung aufweist. In ei
nem Zweig dieser Verzweigung ist ein Abgaskühler eingesetzt, während der andere Zweig
einen Bypass für diesen Abgaskühler darstellt. Stromab des Abgaskühlers werden diese
beiden verzweigten Wege erneut zusammengeführt, um entsprechend gekühltes oder un
gekühltes, rückgeführtes Abgas in eine Luftansaugleitung der Brennkraftmaschine einzulei
ten. Diese Zusammenführung weist entweder ein oder zwei von einer elektronischen Kon
trolleinrichtung beherrschte, nur schematisch gezeigte Ventile auf.
Die US 5.205.265 zeigt eine vergleichbare Anordnung mit einem Abzweig stromab eines
Katalysators in einer Abgasanlage, wobei zunächst ein erstes Ventil den über diesen Ab
zweig rückgeführten Abgasstrom entweder über einen EGR-Kühler und anschließend über
einen Abgasfilter leitet oder einen Bypass zu diesem EGR-Kühler schaltet.
Des weiteren ist aus der gattungsfremden Deutschen Patentschrift DE-6 21 945 ein Leer
laufmengenregler für eine Brennkraftmaschine derart bekannt, daß in eine Gemisch zufüh
rende Leitung zwei sich gegenüberliegende Ventilsitze eingearbeitet sind, auf welchen
Ventilteller aufliegen. Diese beiden Ventilteller sind auf einer gemeinsamen Stange ange
ordnet. Bei geschlossener Drosselklappe und daher in der Gemischleitung herrschendem
Unterdruck wirkt der atmosphärische Umgebungsdruck auf einen der Ventilteller im Öff
nungssinne und öffnet diesen gegen eine dem anderen Ventilteller zugeordnete Feder um
eine den Leerlauf sicherstellende Frischluftzufuhr zu gewährleisten. In dieser Anordnung
sind beide Ventilteller fest auf der Verbindungsstange angeordnet und die Öffnungsbewe
gung beider Ventilteller erfolgt immer gemeinsam durch eine auf einen der Ventilteller wir
kende Druckdifferenz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ventilanordnung bereit
zustellen, welche es in konstruktiv einfacher Ausführung ermöglicht, einen extern rückge
führten Abgasstrom wahlweise über einen Abgaskühler oder über eine diesen umgehende
Leitung zu führen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ventilanordnung zwei Ventilsitze aufweist, denen
jeweils ein Verschlußglied, vorzugsweise als kreisrunder Ventilteller ausgebildet, zugeordnet
ist, wobei beide Verschlußglieder von einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus betä
tigbar sind und diese in Richtung ihrer Schließstellung sowohl elastisch vorgespannt sind als
auch vom Abgasdruck des Abgasstromes beaufschlagt sind.
Vorteilhafterweise ist durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung ein Doppelsitzventil
bereitgestellt, welches von einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus betätigbar ent
weder den gekühlten oder den ungekühlten, rückgeführten Abgasstrom freigeben kann,
wobei die die Verschlußglieder fest auf ihren Ventilsitz zur Anlage bringenden elastischen
Mittel durch die Unterstützung des gleichwirkenden Abgasdruckes vergleichsweise gering
dimensioniert werden und konstruktiv einfach ausfallen können.
Vorzugsweise sind die Verschlußglieder als kreisrunde Ventilteller ausgebildet auf einer
gemeinsamen, von einem Stellorgan betätigbaren Betätigungsstange des Betätigungsme
chanismus angeordnet. Diese Betätigungsstange kann bevorzugt eines der beiden Ver
schlußglieder zentral durchsetzen. Bevorzugt ist eines der beiden Verschlußglieder beweg
lich auf der Betätigungsstange angeordnet.
Weiterhin wird das Stellorgan bevorzugt von einem der Brennkraftmaschine zugeordneten
elektronischen Steuergerät in Abhängigkeit von mehreren Sensorsignalen angesteuert, so
daß eine emissionsarme Betriebsweise der Brennkraftmaschine sichergestellt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch entsprechende Ansteuerung
des Stellorganes zusätzlich die rückgeführte Abgasmenge geregelt.
Für eine besonders einfache bauliche Ausführung ist es bevorzugt vorgesehen, daß inner
halb eines gemeinsamen Gehäuses abströmseitig von zwei Strömungspfaden die Ventil
sitze angeordnet sind, wobei stromab dieser Ventilsitze ein gemeinsamer Ausströmpfad
vorgesehen ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprü
chen und dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.
Die Zeichnung zeigt an ihrem unteren Rand eine Abgasleitung 1 einer nicht gezeigten
Brennkraftmaschine, von welcher eine insgesamt mit 2 bezeichnete Rückführleitung zur
externen Rückführung eines Teiles des Abgasstromes in eine am oberen Bildrand zu er
kennende, Verbrennungsluft zuführende Luftleitung 3 abzweigt.
Die Rückführleitung 2 verzweigt in einer Gabelung 4 in einen einen Abgaskühler 5 aufwei
senden Leitungsabschnitt 6 und in einen parallel dazu angeordneten, als Bypass für den
Abgaskühler 5 wirkenden Leitungsabschnitt 7.
Der Abgaskühler 5 kann beispielsweise eine von Kühlwasser durchströmte Kühlschlange 8
aufweisen.
Die Leitungsabschnitte 6 und 7 sind abschnittsweise in einem die erfindungsgemäße Ventil
anordnung aufweisenden Gehäuse 9 ausgebildet. Dieses weist einen kanalartigen Strö
mungspfad 10 für den über den Abgaskühler 5 strömenden Abgasstrom und hiervon ge
trennt einen weiteren, kanalartigen Strömungspfad 11 für den über den Bypass
(Leitungsabschnitt 7) strömenden Abgasstrom auf.
Abströmseitig münden beide Strömungspfade 10 und 11 in je einen gehäuseseitigen Ven
tilsitz 12 und 13, welche von als kreisrunde Ventilteller 14 und 15 ausgebildeten Ver
schlußgliedern 16 beherrscht sind.
Der eine Ventilteller 14 wird zentral von einer einen Teil eines Betätigungsmechanismus 17
bildenden Betätigungsstange 18 durchsetzt und ist auf dieser gleitverschieblich gelagert.
Die Betätigungsstange 18 ist in einer Führungsbuchse 19 im Gehäuse 9 gelagert. An dieser
Führungsbuchse 19 greift ein stark schematisiert gezeichneter Hebelmechanismus 20 an,
welcher endseitig ein doppelseitig wirkendes Stellorgan 21 aufweist. Dieses Stellorgan 21
wird unter Zwischenschaltung eines nicht gezeigten Wandlers von einem elektronischen
Steuergerät 25 angesteuert, welches seinerseits das Motorsteuergerät der Brennkraftma
schine ist und eine Mehrzahl von Sensorsignalen aufnimmt und noch weitere, nicht gezeigte
Komponenten der Brennkraftmaschine steuert bzw. regelt.
Bei geöffneten Ventilsitzen 12 bzw. 13 stehen die Strömungspfade 10, 11 mit einem in die
Luftleitung 3 mündenden Ausströmpfad 22 in Verbindung. Auf der diesem Ausströmpfad 22
zugewandten Seite der Ventilteller 14 und 15 weist die Betätigungsstange 18 jeweils einen
Bund 23 bzw. 24 auf, der auf das jeweils zugeordnete Verschlußglied 16 in dessen Öff
nungsrichtung wirkt. Auf die zu diesen Bünden 23, 24 abgewandt liegende Seite 26, 27 der
Ventilteller 14, 15 wirken als Druckfedern 28, 29 ausgebildete elastische Vorspannmittel,
welche sich anderenends jeweils im Gehäuse 9 abstützen und die Verschlußglieder 16 in
Schließrichtung beaufschlagen.
Soll im Betrieb der Brennkraftmaschine beispielsweise im betriebswarmen Zustand und bei
vergleichsweise hoher Last kein Abgas rückgeführt werden, so befindet sich die Ventilan
ordnung in der zeichnungsgemäßen Stellung, das heißt die Rückführleitung 2 ist durch An
lage der beiden Ventilteller 14 und 15 auf den ihnen zugeordneten Sitzen 12 und 13 ge
sperrt. Sowohl der über den Strömungsweg mit den Bezugszeichen 1, 4, 7 und 11 als auch
der über den Strömungsweg 1, 4, 6 und 10 an dem Doppelsitzventil anliegende Abgasdruck
wirkt auf die Seiten 16 bzw. 17, so daß die Ventilteller 14 und 15 dadurch in ihre Schließstel
lung beaufschlagt sind.
Soll beispielsweise nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zur Emissionsverringerung
Abgas rückgeführt werden, so ist eine Kühlung dieses Abgases zunächst unerwünscht und
das Stellorgan 21 verschiebt die Betätigungsstange 18 nach rechts, wodurch diese über
den mittels des Bundes 24 bereitgestellten Formschluß am Ventilteller 15 angreift und die
sen von seinem Ventilsitz 13 abhebt. Hierbei wird zugleich die Druckfeder 29 zusammenge
drückt. Die Abgasrückführrate ist hierbei über den Stellweg des Stellorganes 21 einstellbar,
das heißt letztendlich über die zwischen Ventilteller 15 und Ventilsitz 13 wirksame Quer
schnittsfläche.
Ist aus Emissionsgründen eine Kühlung der rückgeführten Abgasmenge von Vorteil, so wird
über das Steuergerät 25 das Stellorgan 21 in eine weitere Stellung derart verschoben, daß
die Betätigungsstange 18 nach links verschoben wird, wodurch der Bund 23 formschlüssig
am Ventilteller 14 angreift und diesen von seinem Ventilsitz 12 abhebt, wobei zugleich Bund
24 den Formschluß aufhebend vom Ventilteller 15 abhebt.
Wird also gekühltes oder ungekühltes Abgas in die Luftleitung 3 zurückgeführt, gelangt die
ses entweder über Strömungspfad 10 oder Strömungspfad 11 in den stromab der Ventiltel
ler 14 und 15 angeordneten Ausströmpfad 22 im Gehäuse 9.
Das Stellorgan 21 kann als doppelseitig wirkende Pneumatikdose oder als elektrischer
Stellmotor oder als Magnetstellwerk oder beispielsweise als doppelseitig wirkender Hydrau
likkolben oder andersartig ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise sind innenliegende Gehäusewandungen 30 und 31 im Bereich der Ven
tilsitze 12 und 13 plan ausgebildet, so daß diese in vergleichsweise einfacher Art und Weise
bereitgestellt werden können. Selbstverständlich ist in Abweichung der Zeichnungsfigur eine
andersartige Ausbildung der Ventilsitze 12 und 13 möglich, beispielsweise durch plane An
lage der Ventilteller 14 und 15 an den Gehäusewandungen 30 und 31.
Vorteilhafterweise werden die Verschlußglieder 16 durch den Abgasdruck in ihrer Schließ
stellung gehalten, so daß die die elastische Vorspannung aufbringenden Federn 28 und 29
entsprechend gering dimensioniert werden können.
Bei einer Öffnungsbewegung des rechtsliegenden Ventiltellers 15 bleibt die linksliegende
Feder 28 unberührt, so daß lediglich die geringe Schließkraft der Feder 29 durch den Betäti
gungsmechanismus 17 zu überwinden ist. Analog sind die Verhältnisse bei einer Öffnungs
bewegung des linksliegenden Ventiltellers 14.
Claims (10)
1. Ventilanordnung zur Steuerung eines extern rückgeführten Abgasstromes an einer
Brennkraftmaschine, mit einem in einer Rückführleitung (2) angeordneten Abgaskühler
(5), welcher mittels der Ventilanordnung wahlweise umgangen werden kann, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung zwei Ventilsitze (12, 13) aufweist, denen je
weils ein Verschlußglied (16) zugeordnet ist, welche von einem gemeinsamen Betäti
gungsmechanismus (17) über ein Stellorgan (21) betätigbar sind, wobei diese Ver
schlußglieder (16) in ihre Schließstellung sowohl elastisch vorgespannt als auch durch
Abgasdruck des Abgasstromes belastet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußglieder (16)
als kreisrunde Ventilteller (14, 15) ausgebildet an einer gemeinsamen Betätigungs
stange (18) angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung
in einem gemeinsamen Gehäuse (9) angeordnet ist, welches einen Strömungspfad (10)
für den über den Abgaskühler (5) strömenden Abgasstrom und davon getrennt einen
Strömungspfad (11) für den den Abgaskühler (5) umgehenden Abgasstrom aufweist,
wobei beide Strömungspfade (10, 11) abströmseitig von den Verschlußgliedern (16)
beherrscht sind und in einen gemeinsamen Ausströmpfad (22) münden.
4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Stellorgan (21) von einem elektronischen Steuergerät (25) in
Abhängigkeit von Sensorsignalen angesteuert den Betätigungsmechanismus (17) in ei
ne von zwei zueinander entgegengesetzte Betätigungsrichtungen verschiebt.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (17) vom Stellorgan (21) in zumindest
eine die Rückführung von Abgas sperrende Stellung bewegbar ist, in welcher beide
Verschlußglieder (16) auf ihren Ventilsitzen (12,13) aufliegen, sowie jeweils in minde
stens eine den über den Abgaskühler (5) geleiteten Abgasstrom rückführende Stellung
oder eine den Abgaskühler (5) umgehende Stellung.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußglieder (16)
in beliebige, die rückgeführte Abgasmenge regelnde Stellungen bewegbar sind.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange
(18) eines der Verschlußglieder (16) gleitverschieblich durchsetzt und mit einem Bund
(23) formschlüssig am Ventilteller (14) in dessen Öffnungsrichtung angreift, und die
elastische Vorspannung auf die diesem Bund (23) gegenüberliegende Fläche (26) des
Ventiltellers (14) in dessen Schließrichtung wirkt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem das eine Verschluß
glied (16) durchsetzenden Teil der Betätigungsstange (18) ein weiterer Bund (24) zu
geordnet ist, welcher in Öffnungsrichtung des anderen Verschlußgliedes (16) form
schlüssig an diesem anliegt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Vorspan
nung auf eine diesem Bund (24) gegenüberliegende Fläche (27) dieses anderen Ver
schlußgliedes (16) in dessen Schließrichtung wirkt.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Verschluß
glied (16) eine eigene, dessen Öffnungsbewegung entgegenwirkende Feder (28, 29)
zugeordnet ist.
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