DE19854614A1 - Stelleinrichtung für den Einsatz in ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Ein bekanntes Abgasrückführventil neigt zu Verklebungen zwischen Ventilsitz und -teller, die von der Stelleinrichtung nicht mehr gelöst werden können. DOLLAR A Die neue Stelleinrichtung weist daher die Merkmale auf, daß die Stelleinrichtung (1) einen Stellkraftverstärker (5, 6) aufweist, der bei Überschreitung einer festgelegten, von der Stelleinrichtung (1) entsprechend einem bestimmten Stellweg aufgebrachten Stellkraft eingeschaltet wird. DOLLAR A Mit der neuen Stelleinrichtung sind schwergängige oder klebende Stellgeräte betreibbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für den Einsatz in ein Fahrzeug nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Stelleinrichtungen können als elektrische oder pneumatische Steller ausgeführt sein; als Stellgeräte können hauptsächlich sogenannte Abgasrückführventile in Frage kommen.

Ein aus der DE 43 38 192 A1 bekanntes Abgasrückführventil mißt zur Reduzierung der NOx-Emissionen beim Dieselmotor Motorabgas betriebspunkt- bzw. kennfeldpunktabhän­ gig der angesaugten Motorverbrennungsluft zu. Dazu ist das Abgasrückführventil mit einer Verbindungsleitung zwischen Motorabgasleitung und Ansaugleitung angeordnet.

Zur kennfeldabhängigen, genaueren Dosierung der zur Ansaugluft zurückgeführten Ab­ gasmenge wird das Ventil mit Hilfe einer Lageregelung über ein Potentiometer z. B. vom elektromagnetischen Steller in eine definierte Öffnungsstellung gebracht. Bei einem pneu­ matischen Ventil mit Lagerückmeldung 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 Ablagerungen 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 normale Öffnungskraft der elektromagnetischen oder pneumatischen Stel­ leinrichtung 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.

Eine weitere Verwendung der Stelleinrichtung kann für ein Stellgerät einer Drosselklappe vorgesehen sein, wobei die Drosselklappe direkt im Abgasstrom, in der angesaugten Brennluft oder zur Umschaltung von Schwingrohrlängen eines Luftansaugrohres direkt zwischen den Schwingrohrabschnitten angeordnet sein kann. Auch hier kann nach länge­ rer Zeit, während der das Fahrzeug still steht, eine Schwergängigkeit auftreten, wobei als Ursache hier (DE 36 31 283 A1) zum Beispiel Festfrieren der geschlossenen Drosselklappe an den Rohrwänden selbst oder auch der Drosselklappenwellenlager auftreten kann.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Stel­ leinrichtung zu gestalten, mit der auch ein schwergängiges oder klebendes Stellgerät be­ trieben werden kann.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Stelleinrichtung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Stelleinrichtung mit einem mechanischen Stellkraftverstärker in verschiedenen Stellun­ gen;

Fig. 3 eine Stelleinrichtung mit einem hydraulischen Stellkraftverstärker.

Fig. 1 zeigt eine Stelleinrichtung 1 für den Einsatz in ein Fahrzeug, das von einer Brenn­ kraftmaschine angetrieben wird, wobei die Stelleinrichtung 1 (Fig. 1 und 3) elektrische oder pneumatische Ansteuersignale in eine Stellbewegung für ein Stellgerät 2 (Fig. 1 und 3) umwandelt.

Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Anwendungsfall soll eine Stellstange 3 der Stelleinrich­ tung 1 eine Stellstange 4 des Stellgeräts 2 betätigen, wobei es sich hier um ein Abgasrück­ führventil handeln kann, bei dem gelegentlich eine Schwergängigkeit bzw. ein Kleben des Ventils am Ventilsitz auftreten kann. Stelleinrichtung 1 und Stellglied 2 sind in Fig. 3 sche­ matisch dargestellt.

Der gleiche Anwendungsfall soll auch bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung vorliegen. Die Stellstangen 3 und 4 sind mit gleicher Bezifferung versehen.

Bei beiden Ausführungen ist nun vorgesehen, daß die Stelleinrichtung 1 einen mechani­ schen oder hydraulischen Stellkraftverstärker 5, 6 aufweist, der bei Überschreitung einer festgelegten, von der Stelleinrichtung 1 entsprechend einem bestimmten Stellweg aufge­ brachten Stellkraft eingeschaltet wird. Es ist in beiden Ausführungen vorgesehen, daß die Stellkraft durch eine eingespannte Feder 7 begrenzt ist, die durch die von der Stelleinrich­ tung 1 aufgebrachte Stellkraft in ihrer Einspannlänge 8 verändert wird, wenn die Stellstan­ ge 4 ihre Position unter Wirkung dieser Stellkraft nicht ändert.

Die Verstellkraftverstärkung wird dadurch erreicht, daß die Stellbewegung der Stelleinrich­ tung 1 ab einer definierten Einspannlänge 8 der Feder 7 mit einem festgelegten Überset­ zungsverhältnis auf das Stellgerät 2 übertragen wird, wobei hierfür nach Fig. 1 und 2 das Übersetzungsverhältnis als Hebelarmverhältnis des mechanischen Stellkraftverstärkers 5 festgelegt ist und nach Fig. 3 das Übersetzungsverhältnis als Kolbenflächenverhältnis des hydraulischen Stellkraftverstärkers 6 festgelegt sind.

In Fig. 1 ist der Stellkraftverstärker 5 von einem Kniehebelpaar 9 gebildet, das jeweils an einem gehäusefesten Lagerzapfen 10 angeordnet ist und die Stellbewegung der Stellein­ richtung 1 bzw. der Stellstange 3 in etwa mit einem Übersetzungsverhältnis von 5 : 1 auf das Stellgerät 2 bzw. dessen Stellstange 4 überträgt, wobei die Überschußverstellung zwi­ schen den Stellstangen 3 und 4 der Stelleinrichtung 1 und des Stellgeräts 2 von der Feder 7 aufgenommen wird.

In Fig. 3 hingegen ist der Stellkraftverstärker 6 von einem Doppelkolben 11 gebildet, der mit der Stellstange 3 der Stelleinrichtung 1 verbunden ist, und von einem Einfachkolben 12, der mit der Stellstange 4 des Stellgerätes 2 verbunden ist, wobei ein Kolben 13 des Doppelkolbens 11 mit einer größeren Wirkfläche gegenüber einem Kolben 14 mit einer kleineren Wirkfläche ein Wirkflächenverhältnis von etwa 5 : 1 aufweist und gegen die Fe­ der 7 verschieblich angeordnet ist und bei veränderter Federeinspannlänge 8 gegen einen gehäusefesten Anschlag 15 anliegt.

Beide Ausführungen können so ausgebildet sein, daß der Stellkraftverstärker 5, 6 in Rück­ stellrichtung der Stelleinrichtung 1 eine die Schließkraft des Stellgerätes 2 verstärkende Einrichtung 16 aufweist, die durch einen Überstellweg 17 der Stelleinrichtung 1 in Rück­ stellrichtung betätigt wird.

Die verstärkende Einrichtung 16 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 gezeigt. Dort soll der Überstellweg 17 unter Verformung der Feder 7 erfolgen, jedoch von der anderen Wirkseite her, wie nachfolgend beschrieben wird.

Funktion

Die Stelleinrichtung 1 soll für eine Betätigung eines zeitweise schwergängigen oder kle­ benden Stellgerätes 2 zur Anwendung kommen, wie bereits erwähnt, soll es sich hier bei dem Stellgerät 2 um ein Abgasrückführventil handeln.

Bei abgestellter Stelleinrichtung 1 ist die Stellstange 3 eingefahren und die Stellstange 4 steht in der zurückgestellten, d. h. ausgefahrener Stellung, in der das Ventil geschlossen ist. Diese Stellung ist in Fig. 1 auf der linken Seite dargestellt. Die Stellstangen 3 und 4 greifen jeweils mit einer Hinterdrehung 18 in Ausnehmungen 19 von zwei Blechstangen 20, 21 ein, wobei die Blechstangen 20, 21 von der Feder 7 nach außen belastet sind und sich unter Zwischenschaltung von Scheiben 22 an Anschlägen 23 abstützen, die die größte Länge der zusammengesetzten Blechstangen 20, 21 bestimmen.

Bei einem nicht klebenden Ventil verharren die Blechstangen 20, 21 bei einer Verstellung der Stellstange 3 der Stelleinrichtung 1 in ihrer größten Länge und die Stellstange 4 des Stellgerätes 2 folgt der Verstellung.

Bei klebendem Stellgerät 2 erfolgt die Verstellung der Stellstange 3 um einen 1. Stellweg­ betrag 24 unter Zusammendrückung der Feder 7 bis zum Anschlag der Blechstange 20 an ein Brückenstück 25, das an den äußeren Enden Ausnehmungen 26 aufweist, in die jeweils Lagerzapfen 27 eingreifen, die an den äußeren Enden der Kniehebelpaare 9 angeordnet sind. Erfolgt nun eine Verstellung um einen 2. Stellwegbetrag 28, wird das Brückenstück 25 mitbewegt und das Kniehebelpaar 9 über die Lagerzapfen 27 um die gehäusefesten Lagerzapfen 10 in eine Stellung gedrückt, die auf der rechten Seite der Fig. 1 dargestellt ist. Bei der Verstellung werden am Kniehebelpaar 9 angeordnete Hebelzapfen 29 jeweils zur Mitte hin geschwenkt. Hierdurch wird ein verschieblich in dem Gehäuse gehaltenes Zwischenstück 30, das die Hebelzapfen 29 in jeweils einer Nut 31 aufnimmt, nach unten bewegt unter Mitnahme der mit der Stellstange 4 verbundenen Blechstange 21. Diese Verstellung erfolgt unter dem angegebenen Übersetzungsverhältnis mit einer entspre­ chenden Kraftverstärkung, so daß sich das klebende Ventil lösen und die zusammenge­ drückte Feder 7 die beiden Blechstangen 20, 21 in ihre größte Länge zurückstellen kann, wonach eine Verstellung ohne Stellkraftverstärkung nach Maßgabe der elektrischen oder pneumatischen Ansteuersignale erfolgen kann.

Fig. 2 zeigt die Blechstangen 20, 21 in den Stellungen voll geöffnetes Ventil (rechte Seite) und geschlossenes Ventil mit der Einrichtung 16 in Funktion (linke Seite), d. h. die obere Blechstange 20 ist gegen die Feder 7 aus der unteren Blechstange 21 herausgezogen, und zwar um den Überstellweg 17. Hierdurch ist die Schließkraft des Ventils um die Einspann­ kraft der Feder 7 erhöht. Die Einrichtung 16 ist sinngemäß auf die Ausführung nach Fig. 3 übertragbar und daher nicht extra dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung mit dem hydraulischen Stellkraftverstärker 6. Die Stellstange 3 ragt dort in einen Hydraulikzylinder 32 hinein und bildet den Doppelkolben 11 mit dem aufgesetzten größeren Kolben 13 und dem kleineren Kolben 14. Von der anderen Seite ragt die Stellstange 4 mit dem Einfachkolben 12 in den Zylinder 32 hinein.

Ein zwischen dem Einfach- und dem Doppelkolben 12 und 11 gebildeter Zylinderraum 33 ist mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und kann über ein Rückschlagventil 34 mit einem Flüssig­ keitsreservoir 35 verbunden sein.

Bei gelöstem Ventil folgen Doppel- und Einfachkolben 11, 12 der Verstellung ohne Stell­ kraftverstärkung.

Bei klebendem Stellgerät 2 erhöht eine Verstellung des Doppelkolbens 11 um den 1. Stellwegbetrag 24 den im Zylinderraum 33 herrschenden Druck, dieser wirkt auf den größeren Kolben 13 des Doppelkolbens 11, so daß der größere Kolben 13 entgegen der Verstellung des kleineren Kolbens 14 auf der Stellstange 3 entgegen der eingespannten Feder 7 nach außen verstellt wird, und zwar mit dem angegebenen Übersetzungsverhält­ nis bzw. Wirkflächenverhältnis der Kolben 13, 14, bis er gegen einen gehäusefesten An­ schlag 35 zur Anlage kommt. Wird nun der kleinere Kolben 14 durch die Stellstange 3 um einen 2. Stellwegbetrag 28 weiter in den Zylinderraum 33 hineingedrückt, erhöht sich dort der Druck im angegebenen Übersetzungsverhältnis bzw. Wirkflächenverhältnis, wodurch der Einfachkolben 1 2 eine größere Kraft entfaltet und die Stellstange 4 lösen kann.

Danach bewirkt die Feder 7 die Rückstellung des größeren Kolbens 13, wodurch der Ein­ fachkolben 12 bzw. die Stellstange 4 weiter in Öffnungsstellung bewegt wird, bis zum Anschlag des größeren Kolbens 13 an einen Anschlagansatz 36 des kleineren Kolbens 14 bzw. der Stellstange 3.

Claims (9)

1. Stelleinrichtung 1 für den Einsatz in ein Fahrzeug, das von einer Brennkraftmaschine ange­ trieben wird, wobei die Stelleinrichtung 1 elektrische oder pneumatische Ansteuersignale in eine Stellbewegung für ein Stellgerät 2 umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (1) einen Stellkraftverstärker (5, 6) aufweist, der bei Überschreitung einer festgelegten, von der Stelleinrichtung (1) entsprechend einem bestimmten Stellweg auf­ gebrachten Stellkraft eingeschaltet wird.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellkraft durch eine eingespannte Feder (7) begrenzt ist, die durch die von der Stelleinrichtung 1 aufgebrachte Stellkraft in ihrer Einspannlänge (8) verändert wird.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellbewegung der Stelleinrichtung (1) bei veränderter Einspannlänge (8) der Feder (7) mit einem festgelegten Übersetzungsverhältnis auf das Stellgerät (2) übertragen wird.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsver­ hältnis als Hebelarmverhältnis eines mechanischen Stellkraftverstärkers (5) festgelegt ist.

5. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsver­ hältnis als Kolbenflächenverhältnis eines hydraulischen Stellkraftverstärkers (6) festgelegt ist.

6. Stelleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkraftverstärker (5) von einem Kniehebelpaar (9) gebildet ist, das jeweils an einem gehäusefesten Lager­ zapfen (10) angeordnet ist und die Stellbewegung der Stelleinrichtung (1) in etwa mit ei­ nem Übersetzungsverhältnis von 5 : 1 auf das Stellgerät (2) überträgt, wobei die Über­ schußverstellung zwischen Stelleinrichtung (1) und Stellgerät (2) von der Feder (7) aufge­ nommen wird.

7. Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkraftverstärker (6) von einem Doppelkolben (11) gebildet ist, der mit der Stelleinrichtung (1) verbunden ist, und von einem Einfachkolben (12), der mit dem Stellgerät (2) verbunden ist, wobei ein Kolben (13) des Doppelkolbens (11) mit einer größeren Wirkfläche gegenüber einem Kol­ ben (14) mit einer kleineren Wirkfläche ein Wirkflächenverhältnis von etwa 5 : 1 aufweist und gegen die Feder (7) verschieblich angeordnet ist und bei veränderter Federeinspann­ länge (8) gegen einen gehäusefesten Anschlag (15) anliegt.

8. Stelleinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkraftver­ stärker (5, 6) in Rückstellrichtung der Stelleinrichtung (1) eine die Schließkraft des Stellge­ rätes (2) verstärkende Einrichtung (16) aufweist, die durch einen Überstellweg (17) der Stelleinrichtung (1) in Rückstellrichtung betätigt wird.

9. Stelleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überstellweg (17) unter Verformung der Feder (7) erfolgt.