DE19848699A1 - Abgasrückführventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil nach dem Oberbegriff des Hauptan­ spruchs.

Ein solches aus der DE 43 38 192 A1 bekanntes Abgasrückführventil mißt zur Reduzie­ rung der NOx-Emissionen und zur Verbrauchsverbesserung beim Dieselmotor Motorabgas betriebspunkt- bzw. kennfeldpunktabhängig der angesaugten Motorverbrennungsluft zu. Dazu ist das Abgasrückführventil in eine Verbindungsleitung zwischen Motorabgaslei­ tung und Ansaugleitung, bevorzugt direkt am Saugrohr, angeordnet. Das Abgasrückführ­ ventil kann pneumatisch oder elektrisch betätigt werden. Bei Bestromung der Spule baut sich ein Magnetfeld auf und bewegt den Anker, der wiederum gegen eine Sehließfeder über eine Ventilstange das Ventil öffnet. Beim pneumatisch betätigten Abgasrückführ­ ventil wird durch Unterdruckbeaufschlagung einer mit der Ventilstange verbundenen Membran das Ventil gegen eine Feder geöffnet. Eine umgekehrte Arbeitsrichtung ist möglich.

Das Ventil kann mit nur einem Sitz ausgerüstet sein, hat aber in der dargestellten, elek­ trischen Ausführung zur Ladedruckkompensation (und damit zur Reduzierung der erfor­ derlichen Stellkraft) zwei in Reihe geschaltete Sitze. Zur kennfeldabhängigen, genaueren Dosierung der zur Ansaugluft zurückgeführten Abgasmenge wird das Ventil mit Hilfe einer Lageregelung über ein Potentiometer z. B. vom elektromagnetischen Stellmotor in eine definierte Öffnungsstellung gebracht. Bei einem pneumatischen Ventil mit Lage­ rückmeldung wird der Druck in der Arbeitskammer entsprechend geregelt.

Durch Abgasrückführung besonders von relativ kaltem Abgas, z. B. bei Betriebsbedin­ gungen, in denen der Motor noch nicht betriebswarm ist oder bei Abgaskühlung mit Hilfe von Wärmetauschern zur Verringerung der NOx-Emissionen, kommt es zu Ablagerung von Ruß, Lack und Kondensat im Bereich des Abgasrückführventils.

Diese Rückstände beaufschlagen auch die Dichtflächen am Ventilsitz und Ventilteller und führen in Phasen, in denen das Abgasrückführventil längere Zeit geschlossen ist, wie z. B. beim nächtlichen Abstellen des Fahrzeugs, zu Verklebungen zwischen Ventilsitz und -teller, die die maximale Öffnungskraft des elektromagnetischen Stellmotors bzw. der pneumatischen Membrandose um das Mehrfache übersteigen. Das Ventil läßt sich nicht mehr öffnen, die Funktion ist vollständig gestört, was die Umwelt belastet und einen Werkstattbesuch erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese kostenträchtige und umweltbelastende Störung des Abgasrückführsystems zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Abgasrückführventil durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigen im Schnitt:

Fig. 1 ein Abgasrückführventil im Ruhezustand,

Fig. 2 ein Abgasrückführventil im Anschlagzustand,

Fig. 3 ein Abgasrückführventil im geöffneten Zustand,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasrückführventils.

Das Abgasrückführventil 1 ist an einem nicht dargestellten Saugrohr so montiert, daß der Abgaseinlaß 2 in einer von den Auslässen 3 getrennten Kammer angeordnet ist. Bei einem elektromagnetischen Abgasrückführventil ist eine Spule 4 im Antriebskopf 5 an­ geordnet. Diese wirkt mit einem Anker 6 zusammen, der gegen die Kraft einer Feder 7 in Wirkverbindung mit einer die Ventilteller 8 tragenden Ventilstange 9 zu bringen ist.

Der Anker 6 wirkt mit einer Einrichtung 10 zur Lagerückmeldung zusammen, deren Aus­ gang einem nicht dargestellten, weitere Betriebsparameter verarbeitenden Rechner zuge­ führt wird, der die Öffnungsverstellung des Abgasrückführventils und damit die rückge­ führte Abgasmenge bestimmt. Die Ventilteller 8 wirken mit den Ventilsitzen 11 zusam­ men. Das Abgassrückführventil kann auch mit einem Ventilsitz und einem Ventilteller ausgeführt sein. Die Ventilstange 9 ist durch eine Feder 12 in Sehließrichtung belastet. Um ein Öffnen des Abgasrückführventils auch bei Verklebung zwischen Ventilteller und Ventilsitz sicherzustellen, arbeitet das Ventil wie nachfolgend beschrieben.

In Ruhestellung ist zwischen dem Anker 6 und dem Kopf 13 der Ventilstange 9 unter Wirkung der zwischen diesen beiden Bauteilen wirkenden Feder 7 ein Freiweg, der mit "X" in der Fig. 1 bezeichnet ist. Wenn die Magnetspule 4 schlagartig voll mit Strom be­ aufschlagt wird, so baut sich das Magnetfeld schnell auf und der Anker 6 wird gegen die Feder 7 hoch beschleunigt und schlägt am Ende seines Weges mit z. B. einem Ansatz 14 auf den Kopf 13 der Ventilstange. Bei Stromabschaltung geht der Anker zurück. Durch einmaliges Betätigen oder mehrmaliges Wiederholen dieses Vorgangs in kurzen Abstän­ den "hämmert" der Anker auf die Ventilstange und eine eventuelle Verklebung zwischen Ventilteller 8 und Ventilsitz 11 wird gelöst. Je nach Programm kann dieses "Hämmern" stets mit Einschaltung der Zündung erfolgen oder nur dann, wenn bei normaler z. B. pulsweitenmodulierter Ansteuerung des Elektromagneten mit Hilfe eines Soll/Ist-Ver­ gleichs über die Lagerückmeldung festgestellt wurde, daß die Soll-Position nicht einge­ stellt wurde.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasrückführven­ tils. Bei dieser Ausführungsform wird das "Knacken" des oder der Ventilteller 8 durch einen separaten Plattenmagnetanker 6, der durch eine Feder 7 vom Kopf 13 und einem Plattenmagneten 15 beabstandet ist, bewirkt.

Die proportionale Zustellung des Kopfes 13 und damit das proportionale Öffnen des oder der Ventilteller 8 wird durch einen Proportionalmagnetanker 16, der durch eine Feder 17 gegen den Ventilkopf 13 vorgespannt ist, bewirkt.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß der Plattenmagnet durch hohe Stellkräfte über kurze Wege das Ventil öffnet, um dann dem Proportionalmagnetanker 16 die pro­ portionale Zustellung zu erlauben. Der Proportionanker 16 wird also nicht durch hohe schlagartige Kräfte belastet, was der Lebensdauer und der Zustellgenauigkeit zugute kommt.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß bei einem Abgasrückführventil mit Lagerückmel­ dung die Stärke der Ablagerungen an Ventilteller und Ventilsitz in einem adaptiven Ver­ fahrensschritt im Rechner von Zeit zu Zeit abgelegt wird, so daß die Zumeßgenauigkeit durch eine entsprechende Berücksichtigung im Ventilhub erhalten bleibt. Bei einer weite­ ren Ausführungsform der Erfindung, die nicht dargestellt ist, kann der Antriebskopf 5 als bekannter pneumatischer Stellmotor ausgebildet sein, der durch eine Membran in zwei Kammern geteilt ist und ein an den Membrantellern befestigter Ansatz die Wirkung des Ankers 6 unter Speicherung der kinetischen Energie bei der Beschleunigung übernimmt und auf den Kopf 13 der Ventilstange 9 schlägt, sobald die von einem Ventil angesteuer­ te Arbeitskammer mit Unterdruck beaufschlagt wird.

Bei atmosphärischer Belüftung der Arbeitskammer geht die Membran unter Wirkung der in der Arbeitskammer angeordneten Feder 7 in die Ausgangsstellung zurück und der Vorgang kann wiederholt werden. Die Arbeitskammer muß auf der zur Ventilstange 9 gerichteten Seite des Antriebskopfes 5 angeordnet sein und die atmosphärisch belüftete Kammer entgegengesetzt. Bei der Ausführung mit pneumatischem Stellmotor kann dieser beschriebene Losbrechvorgang nach Aufbau eines entsprechenden Saugrohrunterdrucks nach den ersten Umdrehungen nach Start der Brennkraftmaschine einsetzen. Der Unter­ druck kann jedoch auch durch eine mechanisch oder elektromotorisch angetriebene Va­ kuumpumpe erzeugt sein. Nach dem Losbrechvorgang arbeitet das Abgasrückführventil, sei es elektromagnetisch oder pneumatisch angetrieben, wie ein aus dem Stand der Technik bekanntes Ventil. Dann wird der Antriebskopf vom Rechner so angesteuert, daß der Freilauf "X" gegen die Kraft der Feder 7 mit üblicher Stellgeschwindigkeit über­ fahren wird, so daß es keinen Schlag gibt und nach Erreichung der in Fig. 2 dargestell­ ten Position, in der der Ansatz 14 in Wirkverbindung mit dem Kopf 13 der Ventilstange 9 gekommen ist, beginnt der eigentliche Verstellvorgang, d. h. das Abgasrückführventil 1 wird geöffnet.

Claims (9)

1. Abgasrückführventil mit mindestens einem mit einer Ventilstange verbundenen Ventiltel­ ler, der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und die Verbindung des Abgaskanals zur Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine beherrscht und ein Betriebsparameter verarbei­ tender Rechner in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Öff­ nungsstellung des Abgasrückführventils mittels eines gegen die Kraft einer Feder wir­ kenden Antriebes bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil (6) vorgesehen ist, in dem kinetische Energie speicherbar ist und das mit einem Kopf (13) am freien En­ de der Ventilstange (9) in Wirkverbindung bringbar ist.

2. Abgasrückführventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (6) als Anker eines Elektromagneten ausgebildet ist, der im Ruhezustand mittels einer Feder (7) zum Kopf (13) der Ventilstange (9) beabstandet ist.

3. Abgasrückführventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6) als Proportionalanker ausgeführt ist, der im Anschlagzustand eine proportionale Zustellung des Kopfes (13) ermöglicht.

4. Abgasrückführventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (6) als Plattenmagnetanker ausgeführt ist, dem ein Plattenmagnet (15) zugeordnet ist, wobei ein Proportionalmagnetanker (16) gegen den Kopf (13) durch eine Feder (17) vorge­ spannt ist.

5. Abgasrückführventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (6) bei einem pneumatischen Antrieb (5) als an einer zwei Membrankammern trennenden Mem­ bran angeordnete Membranteller ausgebildet ist, die mittels einer Feder (7) zum Kopf (13) der Ventilstange (9) beabstandet sind.

6. Abgasrückführventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Bauteils (6) mittels einer Lagerückmeldung (10) an den Rechner gegeben wird.

7. Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführventils nach mindestens einem der An­ sprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Start der Brennkraftmaschine ein oder mehrere Abläufe des Aufladens des Bauteils (6) mit kinetischer Energie und des Entla­ dens durch einen Stoß erfolgen.

8. Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführventils nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach Start der Brennkraftmaschine und einem Ventilöffnungsbefehl durch einen Soll/Ist-Vergleich der Position des Proportionalmagnetankers (6, 16) bei Feststel­ lung einer Ventilverklebung ein oder mehrere Abläufe des Aufladens des Bauteils (6) mit kinetischer Energie und des Entladens durch einen Stoß initiiert werden.

9. Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführventils nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Abgasrückführventil mit Lagerückmeldung die Stärke der Abla­ gerungen am Ventilteller (8) und Ventilsitz (11) in einem adaptiven Verfahrenschritt im Rechner abgelegt werden.