DE19920520A1 - Vorrichtung zur Rückführung des Abgases einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Rückführung des Abgases einer Brennkraftmaschine über eine Abgasleitung in deren Ansaugbereich ist mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten Abgasventil, das die Verbindung von einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu der Abgasrückleitung absperrt oder freigibt, und einer in dem Ventilgehäuse angeordneten Ventilbetätigungseinrichtung versehen. Das Ventilgehäuse ist mit wenigstens einem Kühlmittelkanal versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückfüh­ rung des Abgases einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist in der DE 196 37 078 A1 beschrieben. Zur Vermeidung einer Verrußung des Ventilschaftes bzw. Ventilstange und der Ventilstangenführung ist ein Buchsenansatz auf der Ventilstange vorgesehen, durch den die Ventilführung vor Wärmestrahlung und Verschmutzung geschützt werden soll. Die Wirksamkeit des Buchsenansatzes ist jedoch beschränkt.

Aus der DE 44 24 644 C1 ist ebenfalls ein Abgasrück­ führungsventil mit einer in einem Ansaugkanal angeord­ neten abgasführenden Ventilhülse beschrieben, wobei die Ventilhülse von einem gut wärmeleitfähigen Flansch umschlossen wird, durch den eine gute Wärmeableitung des heißen Abgases erreicht werden soll, damit kon­ stengünstigere Kunststoffspritzteile für die Abgas­ rückführung verwendet werden können.

Wie aus dem Stand der Technik ersichtlich, besteht bei Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art ein Tempera­ turproblem. Einerseits sollte das Abgasventil mög­ lichst nahe im Ausgangsbereich der Abgase aus der Brennkraftmaschine angeordnet sein, damit es nicht durch abgekühlte Abgase zu Ablagerung durch eine Ver­ kokung von Abgaspartikeln kommt, die die Ventilfunk­ tion beeinträchtigen. Andererseits erfordern die ho­ hen, eine Verkokung verhindernden Abgastemperaturen jedoch entsprechend wärmeresistente und damit kosten­ intensive Bauteile. Darüber hinaus besteht bei einer Betätigung des Abgasventiles über eine elektromagneti­ sche Betätigungseinrichtung, die in dem Ventilgehäuse angeordnet ist, ein Temperaturproblem für einzelne Bauteile. Aufgrund der Verkokungsgefahr müssen auch höhere Betätigungskräfte vorgesehen werden, die wie­ derum aufwendigere und teurere Bauteile erfordern.

Als Kompromiß hat man deshalb in der Praxis das Ven­ tilgehäuse mit dem Abgasventil in einer Zwischenstel­ lung, d. h. in einer Entfernung von der Brennkraftma­ schine angeordnet, durch die sich die aus einer zu niedrigen und aus einer zu hohen Abgastemperatur erge­ benden Probleme in zufriedenstellender Weise einiger­ maßen beherrschen lassen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch die höhere Abgastemperaturen, durch die Verkokungen bzw. Lackbildungen durch das Abgas vermieden werden, möglich werden, gleichzeitig jedoch trotz der höheren Abgastemperatur keine Probleme be­ züglich der übrigen Bauteile auftreten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch den wenigstens einen Kühlmittelkanal, der in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit dem Kühlmittelsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist, läßt sich eine wirksame Reduzierung der Ventilge­ häusetemperatur erreichen. Auf diese Weise läßt sich insbesondere die Betätigungseinrichtung vor hohen Tem­ peraturen schützen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung bei ei­ nem Abgasventil, das in dem Ventilgehäuse in einer den Ventilschaft umgebenden Ventilführung gelagert ist, der Kühlmittelkanal die Ventilführung wenigstens teil­ weise, vorzugsweise jedoch ringförmig, umschließt.

Da für die Ventilführung zwangsweise eine bestimmte axiale Länge vorhanden ist, kann der Raum in dem Ven­ tilgehäuse in besonders vorteilhafter Weise als Kühl­ mittelkanal verwendet werden, ohne daß es zu einer Baugrößenerhöhung des Ventilgehäuses kommt.

Bei einer Verbindung des Kühlmittelkanales mit dem Kühlmittelsystem der Brennkraftmaschine ergibt sich als weiterer Vorteil durch den zusätzlichen Wärmean­ fall eine zusätzliche Heizleistung für die Heizung eines von der Brennkraftmaschine betriebenen Fahrzeu­ ges. Dies ist insbesondere bei einem Dieselmotor von Vorteil, da dieser insbesondere in der Anfahrtsphase und im Kurzstreckenbetrieb nur wenig Wärme für die Fahrzeugheizung erzeugt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann hinter dem Ventilteller ein Abgassammelraum ange­ ordnet sein, von dem aus die Abgasrückleitung ab­ zweigt.

Der Abgassammelraum kann, insbesondere bei einer Ku­ gelform, so ausgestaltet sein, daß sich geringere Durchströmverluste ergeben, womit sich für die Abgas­ rückleitung nur geringe Reibungsverluste ergeben.

Eine weitere Möglichkeit geringe Durchströmungsverlu­ ste zu erzeugen liegt darin, daß die Abgasrückleitung in Form eines Trichters an den kugelförmigen Abgassam­ melraum angeschlossen ist. Auf diese Weise wird ein kantenfreier und damit reibungsarmer Strömungsverlauf erzielt.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Er­ findung kann darin bestehen, daß der Ventilsitz des Abgasventiles eine Stufenkontur der Art aufweist, daß sich beim Öffnen des Ventils wenigstens zwei unter­ schiedliche Öffnungswinkel ergeben, wobei sich zu Öff­ nungsbeginn kleinere Öffnungswinkel einstellen.

Durch einen kleineren Öffnungswinkel zu Beginn der Abgasrückführung läßt sich eine deutlich bessere Rege­ lung und damit eine dosierte Abgasrückführung mit ei­ ner entsprechenden Feinfühligkeit erreichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 durch ein Ventilgehäuses eines Abgasrück­ führventiles,

Fig. 2 einen Längsschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 durch ein Ventilgehäuse eines Abgas­ rückführventiles,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 durch ein Ventilgehäuse eines Abgasrückführ­ ventiles,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Ventilgehäu­ ses, und

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Ventilsitzes und des unteren Bereiches des Ventiles.

In einem Ventilgehäuse 1 ist ein Abgasventil 2 mit einem Ventilschaft 3 und einem Ventilteller 4 am vor­ deren Ende in einer den Ventilschaft 3 umgebenden Ven­ tilführung 5 gelagert. Der Ventilteller 4 des Ventiles 2 arbeitet mit einem in dem Ventilgehäuse 1 ausgebil­ deten Ventilsitz 6 zusammen, der durch eine Einsteck­ hülse 7 gebildet ist. Auf die Form der Einsteckhülse 7 (nur in Fig. 1 dargestellt) wird nachfolgend näher eingegangen.

Abgas aus dem Auslaßbereich einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine strömt in einer Richtung A in das Ventilgehäuse 1 ein, wobei es bei Offenstellung des Ventiles 2 in einen kugelförmigen Abgassammelraum 8 gelangt. Von dem Abgassammelraum 8 aus zweigt eine Abgasrückleitung 9 aus dem Abgassammelraum 8 ab. Die Abgasrückleitung 9 weist dabei eine Trichterform auf, die in der Kugelmittenebene an deren Umfangswand außen angesetzt ist, womit eine reibungsarme Abströmung aus dem Abgassammelraum 8 gegeben ist.

Wie aus dem aus Übersichtlichkeitsgründen nur in der Fig. 1 dargestellten Abgasventil ersichtlich ist, ist auf dem Ventilschaft 3 eine Abdeckkappe 10 angeordnet. Die Lage der Abdeckkappe 10, welche den Bewegungen des Abgasventiles 2 folgt, ist so gewählt, daß deren Un­ terseite bei geöffnetem Ventil - wie es in der Fig. 1 dargestellt ist - wenigstens annähernd bündig mit dem Wandbereich des Abgassammelraumes 8 an dieser Stelle ist bzw. damit sich eine stufenfreie Fortsetzung der Wandkontur des Abgassammelraumes einstellt und damit Strömungsverluste durch vorstehende Kanten oder Rück­ sprünge vermieden werden.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist das Ventilgehäuse 1 im Bereich der Ventilführung 5 mit einem Kühlmittelkanal 11 versehen, der die Ventilfüh­ rung 5 ringförmig umschließt. Der Zulauf zu dem Kühl­ mittelkanal 11 erfolgt über einen Anschlußstutzen 12. Der Anschlußstutzen 12 ist in nicht näher dargestell­ ter Weise - ebenso wie ein nicht dargestellter Rück­ lauf - mit dem Kühlsystem der Brennkraftmaschine ver­ bunden.

In bekannter Weise ist über der Ventilführung 5 bzw. auf der von dem Ventilteller 4 abgewandten Seite des Ventilgehäuses 1 ein Aufnahmeraum 13 angeordnet, in welchem in der Fig. 1 nur schematisch dargestellte Betätigungseinrichtungen 14 für das Abgasventil 2 an­ geordnet sind.

Wie ersichtlich, ist der Aufnahmeraum 13 für die Betä­ tigungseinrichtung 14 durch den dazwischenliegenden Kühlmittelkanal 11 sicher gegenüber den hohen Tempera­ turen des in das Ventilgehäuses 1 eintretenden Abgases geschützt. Auf diese Weise kann das Ventilgehäuse 1 sehr nahe an der Brennkraftmaschine angeordnet bzw. gegebenenfalls an der Brennkraftmaschine über einen Befestigungsflansch 18 angeflanscht sein, so daß die Abgastemperatur in dem Ventilgehäuse 1 noch so hoch ist, daß es zu keinen Ablagerungen an dem Ventilschaft kommen und damit zu einer Beeinträchtigung der Ventil­ funktion führen kann. Auf diese Weise sind auch keine hohen Betätigungskräfte zum Öffnen und Schließen des Abgasventiles 2 erforderlich, weshalb die Betätigungs­ einrichtung 14 entsprechend kostengünstiger ausgebil­ det werden kann.

Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, weist der Ventil­ sitz 6 bzw. die den Ventilsitz bildende Einsteckhülse 7 eine Stufenkontur auf. Eine erste Stufe 15 ist in ihrem Verlauf der Umfangswand des Ventiltellers 4 so angepaßt, daß sich eine Schließstellung und damit eine Absperrung des Abgassammelraumes 8 ergibt. In einer zweiten Stufe 16 - in Öffnungsrichtung des Abgasventi­ les 2 verlaufend - liegt ein geringerer Öffnungswinkel vor als in einer dritten Stufe 17, in welcher das Ab­ gasventil 2 voll geöffnet ist. Der Öffnungswinkel der zweiten Stufe 16 kann z. B. 15° gegenüber der Längsach­ se des Abgasventiles 2 und der Öffnungswinkel der dritten Stufe z. B. 40° gegenüber der Längsachse des Abgasventiles 2 betragen. Durch die beiden Stufen 16 und 17 mit ihren unterschiedlichen Öffnungswinkeln läßt sich eine besonders feinfühlige Regelung der rückgeführten Abgasmenge, insbesondere bei einer Teil­ öffnung, erreichen.

Abweichend von den in den Figuren dargestellten Aus­ führungsbeispielen kann eine alternative oder zusätz­ liche Wärmeabfuhr vom Ventilgehäuse durch die Schaf­ fung von Wärmebrücken von diesem zu umliegenden Bau­ teilen erfolgen, beispielsweise durch Kontaktflächen. Diese können durch einen gegenüber dem Befestigungs­ flansch 18 gemäß Fig. 1 vergrößerten Befestigungs­ flansch ausgebildet sein, der (groß-)flächig an Gegen­ flächen des Motorgehäuses anliegt bzw. gegen diese gepreßt wird. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Kontaktflächen im Bereich von gekühlten Gegenflä­ chen des Motorgehäuses, beispielsweise solchen des Zylinderkopfes.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ zu den vorstehend beschriebenen Maß­ nahmen die im Abgasrückführventil entstehende Wärme über Kühlrippen an die Umgebung abgegeben werden. Die­ se sind vorzugsweise an der Gehäuseaußenseite im Be­ reich des Abgassammelraumes 8 und/oder des Kühlmit­ telkanals 11 angeordnet.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Rückführung des Abgases einer Brennkraftmaschine über eine Abgasrückleitung in den Ansaugbereich der Brennkraftmaschine, mit ei­ nem in einem Ventilgehäuse angeordneten Abgasven­ til, das die Verbindung von einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu der Abgasrückleitung ab­ sperrt oder freigibt, und mit einer in dem Ventil­ gehäuse angeordneten Ventilbetätigungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) mit wenigstens einem Kühl­ mittelkanal (11) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Abgasventil (2), das in dem Ventilgehäu­ se (1) in einer den Ventilschaft (3) umgebenden Ventilführung (5) gelagert ist, der wenigstens ei­ nen Kühlmittelkanal (11) die Ventilführung (5) we­ nigstens teilweise umgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Kühlmittelkanal (11) die Ven­ tilführung (5) ringförmig umschließt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Kühlmittelkanal (11) mit dem Kühlmittelsystem der Brennkraftmaschine verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Ventilteller (4) des Abgasventiles (2) ein Abgassammelraum (8) angeordnet ist, an den sich die Abgasrückleitung (9) anschließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgassammelraum (8) wenigstens annähernd eine Kugelform aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückleitung (9) in Form eines Trichters an den Abgassammelraum (8) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Ventilschaft (3) eine Abdeckkappe (10) angeordnet ist, die bei geöffnetem Abgasventil (2) mit einem Wandbereich des Abgassammelraumes (8) wenigstens annähernd bündig ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (6) des Abgasventiles (2) eine Stu­ fenkontur der Art aufweist, daß sich beim Öffnen des Ventils wenigstens zwei unterschiedliche Öff­ nungswinkel ergeben, wobei sich zu Öffnungsbeginn kleinere Öffnungswinkel einstellen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (6) zwei unterschiedliche Öffnungs­ winkel ergibt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Öffnungswinkel in einem Bereich von ca. 10 bis 20° und der zweite Öffnungswinkel in einem Bereich von 30 bis 50° liegt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenkontur des Ventilsitzes (6) durch eine in das Ventilgehäuse (1) eingesetzte Einsteckhülse (7) geschaffen ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) über Kontaktflächen zur Ab­ fuhr von Wärme an ein Motorgehäuse verfügt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen als vergrößerte Flanschfläche (18) ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kon­ taktflächen in Wirkverbindung mit gekühlten Flä­ chen des Motorgehäuses treten.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (1) über Kühlrippen verfügt.