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Anlage zur Patentanmeldung
Abgasrückführungsventil für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein
Abgasrückführungsventil für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge,
mit einem Betätigungsorgan zum Verstellen eines Ventilstellgliedes.
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Das Abgasrückführungsventil dient dazu, Abgase von der Auspuffseite
auf die Saugseite der Maschinen zurü-ckzuführen, um wenigstens einen Teil der im
Abgas enthaltenen Schadstoffe abzubauen und unschädlich zu machen.
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Die Abgasrückführung muß dabei in Abhängigkeit vom Belastungszustand
der Maschinen erfolgen mit der Maßgabe, daß bei Leerlauf und Vollast keine Abgasrückführung
stattfinaet, um eine Beeinträchtigung dieser Betriebszustände (unrunder Leerlauf,
Leistungsabfall bei Vollast) zu vermeiden.
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Zur Betätigung eines Abgasrückführungsventils kann z. B. ein Hubmagnet,
ein Unterdruckversteller oder ein elektrischer Kleinmotor verwendet werden. Bei
Brennkraftmaschinen mit elektronischer Benzineinspritzung können diese Betätigungsorgane
durch das Steuergerät für die Benzineinspritzung mitgesteuert werden.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die erwähnten Betätigungsorgane
in hohem Maße schwingungs- und temperaturempfindlich sind. Dieser Nachteil kann
vermieden werden, wenn gemäß der Erfindung das Betätigungsorgan des Abgasrückführungsventils
in schwingungs- und temperaturempfindliche Bereiche des Kraftfahrzeugs verlegt und
durch ein mechanisches tbertragungselement mit dem in einer Abgasrückführungsleitung
angeordneten Ventil verbunden ist. Ein derartiger Bereich ist z. B. die Karosserie
eines Kraftfahrzeugt während der Motor und auch das Fahrgestellt Schwingungen und
Demperaturschwankungen in höherem Maße ausgesetzt sind.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dåß-die Ausgestaltung
und Anordnung des Betätigungsorgans ohne Rücksicht auf die beengten räumlichen Verhältnisse
im Motorraum von Kraftfahrzeugen erfolgen kann. Außerdem ist keine aufwendige Wärmedämmung
zwischen dem bei Betrieb der Brennkraftmaschine auf hohe Temperaturen erhitzten
Abgasrückführungsventil und dem Betätigungsorgan erforderlich.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Gegenstandes der erz in dung ist
dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement ein Bowdenzug ist, der einerseits
am Ventilstellglied und andererseits am Betätigungsorgan angreift. Ein Bowdenzug
ist ein funktionssicheres und preisgünstiges -bertragungselement, welches eine beliebige
Verlegung zwischen Betätigungsorgan und Abgasrückführungsventil ermöglicht.
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weitere Ausgestaltungen und zweckmäßige Veiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen.
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Es zeigt: Fig. 1 einen mit einem Magnet-Steuerventil versehenen Unterdruckversteller,
der mittels eines verkürzt gezeichneten Bowdenzupiit einem Abgasrückfihrungsventil
verbunden ist, im Schnitt, Pig. 2 ein gegenüber dem Abgasrückführungsventil nach
Fig. 1 vereinfachtes Ventil, im Schnitt, Fig. 3 ein unter einem Winkel von 450 in
ein Rohrstück eingelassenes Abgasrückführungsventil, ebenfalls im Schnitt, Fig.
4 einen als Betätigungsorgan vorgesehenen Elektromotor in der Draufsicht, teilweise
aufgebrochen gezeichnet und Fig. 5 eine Ansicht der Motorstirnseite bei abgenonmenem
Lagerdeckel, in Richtung des Pfeiles V in Pig. 4 gesehen.
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In Fig. 1 ist mit 10 ein Abgasrückführungsventil bezeichnet, welches
in einer Abgasrückführungsleitung angeordnet ist, die von einer Auspuffleitung zu
einer Ansaugleitung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
führt.
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Als Betätigungsorgan für das Ventil 10 ist ein mit der Ansaugleitung
verbundener Unterdruckversteller 1i vorgesehen, der in einen schwingungs- und temperaturunempfindlichen
Bereich des Kraftfahrzeugs, z.B. an der Karosserie befestigt ist.
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Über ein mechanisches itbertragungselement in Form eines Bowdenzugs
12 ist der Unterdruckversteller 11 mit dem Abgasrückführungsventil 10 verbunden.
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Das Abgasrückfthrungsventil 10 besteht im wesentlichen aus einem Rohrkörper
13 mit einer durch einen Pfeil 14 als Gaseinlaß gekennzeichneten Bohrung 15. Am
gaseinlaßseitigen Ende des Rohrkörpers 13 ist ein Flansch 16 zum Verbinden des Ventils
10 mit der nicht gezeichneten Auspuffleitung fest angebracht.
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In einem erweiterten Abschnitt 17 seiner Bohrung 15 nimmt der Rohrkörper
13 ein längsbewegbare. Ventilstellglied 18 auf, welches einen zylindrischen Schaft
19 mit an seinem gaseinlsßseitigen Ende durch einen dem erweiterten BohrunjDsabschnitt
17 angepaßten zylindrischen Bund 20 voneinander getrennten und einander entgegengerichteten
Dichtkegeln 21 und 22 aufjreist.
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In der dargestellten Schließstellung des Ventilstellgliedes 18 liegt
der Dichtkegel 21 an einem von der Rohrkörperbohrung 15 und ihrem erweiterten Bohrungsabschnitt
17 gebildeten Absatz 23 an. In der Offenstellung des Stellgliedes 18 stützt sich
der Dichtkegel 22 gegen eine Stirnfläche 24 einer in den Rohrkörper 13 eingeschraubten
Hülse 25 ab, die den Schaft 19 des Stellgliedes 18 führt. Die Hülse 25 nimmt an
ihrem freien Ende in einer Bohrung 26 ein Ende des Führungsrohres 27 des Bowdenzugs
12 auf, dessen eines Drahtende am Schaft 19 des Stellgliedes 18 befestigt ist. Das
Ventil 10 hat eine in der Hülse 25 angeordnete Schraubendruckfeder 29, die sich
einerseits gegen die Stirnfläche 30 des in die Hülse 25 hineinragenden Endes des
Stellgliedschaftes 19 und andererseits unter Zwischenlage mehrerer Abstreifdichtscheiben
31 für den Boden zugdraht 28 gegen einen Bund 32 in der Hülse 25 abstützt.
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Der Rohrkörper 13 des Abgasrtickführungsventils 10 hat in seinem erweiterten
Bohrungsabschnitt 17 einen Durchlaß 33, durch den bei geöffnetem Ventil 10 in die
Bohrung 15 des Rohrkörpers 13 eintretendes Abgas aus dem Ventil in Richtung des
Pfeiles 34 austreten kann. Der Durchlaß 33nimmt einen mit dem Rohrkörper 13
fest
verbundenen Auslaßstutzen 35 auf, dessen Achse rechtwinklig zur Achse des Rohrkörpers
13 verläuft. An seinem freien Ende trägt der Auslaßstutzen 35 einen Flansch 36 zum
Verbinden mit der nicht gezeichneten Ansaugleitung der Brennkraftmaschine.
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Der Unterdruckversteller 11 hat zwei topfförmige Gehiausehiliten 37
und 38, zwischen deren einander zugekehrten und umgebördelten Rändern 39, 40 eine
Membran 41 eingespannt ist. Die Membran 41 ist in ihrer Mitte zwischen zwei tellerförmigen
Scheiben 42 und 43 eingespannt, welche von einem Nippekl 44 mit einer iängsbohrung
45 zur Aufnahme des vom Ventil 10 abgeketlrten Endes des Bowdenzugdrahtes 28 zusammengehalten
sind. sinne Stiftschraube 46 dient zum Festklemmen des Bowdenzugdrahtes 28 im Nippel
44. Das Pührungsrohr 27 des Bowdenzugs 12 steckt in einer Bohrung 47 einer Hülse
48, die am Boden 49 der Gehäusehälfte 38 des Unterdruckverstellers befestigt ist
und in einer zur Bohrung 47 gleichachsigen Ausnehmung 50 in der Schlie3stellung
des Ventils 10 den Nippel 44 aufnimmt. Ein Durchbruch 51 in der stand der Hülse
48 im Bereich der Ausnehmung 50 macht die Stiftschraube 46 von außen zugänglich
und verbindet den Innenraum der Gehäusehälfte 38 des Unterdruckverstellers mit der
Außenluft.
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In der gezeichneten Schließstellung des Ventils 10 wird die Membran
41 durch eine Schraubendruckfeder 52 gegen den Boden 49 der Gehäusehälfte 38 gedrückt.
Die Schraubendruckfeder 52 stiltzt sich dabei einerseits gegen die Scheibe 42 und
andererseits gegen den Boden 53 der Gehäusehälfte 37 ab, welche ein Magnet-Steuerventil
54 trägt. Das Magnetventil 54 hat ein Gehäuse 55, welches den Boden 53 der Gehäusehälfte
37 druckdicht durchdringt.
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Oberhalb des Bodens 53 der Gehäusehälfte 37 ist das Gehause 55 des
Magnetventils 54 durch einen Formkörper 56 mit eine angeformten Stutzen 57 ergänzt,
der zum Befestigen eines mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine verbundenen, nicht
dargestellten Schlauches dient. Innerhalb des Formkörpers 56 zweigt vom Stutzen
57 eine Bohrung 58 ab, die in eine zentrisch zum Gehäuse
55 des
Magnetventils 54 angeordnete Bohrung 59 größeren Durchmessers im Formkörper einmündet.
Die Bohrung 59 ist an ihrem von der Bohrung 58 abgekehrten Ende unter Zwischenlage
einer ringförmigen Dichtung 60 durch einen Zapfen 61 eines im übrigen scheibenförmigen
Magnetkerns 62 druckdicht abgeschlossen, der an seinem Rand mit der Endzone des
Gehäuses 55 des Magnetventils 54 gleichfalls druckdicht verbunden ist. Im Bereich
der Bohrung 59 ist der Formkörper 56 verjüngt und trägt konzentrisch zur Bohrung
59 eine Spule 63.
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Innerhalb der Bohrung 59 des das Magnetventilgehäuse 55 ergänzenden
Formkörper-s 56 befindet sich ein in seiner Längsrichtung beweglicher zylindrischer
Magnetanker 64, dessen beide Stirnflächen je eine ringscheibenförmige Dichtung 65
und 66 tragen. In der einen Endstellung des Ankers 64 verschließt die Dichtung 65
die dem Stutzen 57 zugeordnete Bohrung 58, während die Dichtung 66 der Stirnfläche
des Magnetkernzapfens 61 zugeordnet it und in der anderen Endstellung des-hnkers
64 zwei in ihrer briefe begrenzte Bohrungen 67 und 68 im Magnetkernzapfen verschließt.
Von den beiden Bohrungen 67 und 68 zweigt je ein radial verlaufender Durchbruch
69, 70 zum Außenumfang des Zapfens 61 ab. Mittels eines Spaltes 71 zwischen der
Spule 63 einerseits und dem Magnetkern 62 sowie dem ilagnetventilgehäuse 55 andererseits
und einer oberhalb des Bodens 53 der Gehäusehälfte 37 angeordneten Öffnung 72 im
Gehäuse 55 ist eine Verbindung zwischen der Außenluft und den Bohrungen 67, 68 und
den Durchbrüchen 69, 70 im M'agnetkern 62 hergestellt.
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Außerdem ist der Magnetkern 62 mit einer die Bohrung 59 des Formkörpers
56 mit dem Innenraum der Geheusehälfte 37 verb in denden Durchgangsbohrung 73 versehen.
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Der bewegliche Magnetanker 64 hat eine in ihrer Tiefe begrenzte Längsbohrung
74 von der eine zu seiner Mantelfläche führende Querbohrung 75 abgezweigt ist. In
der Längsbohrung 74 sitzt eine Schraubendruckfeder 76, die sich einerseits gegen
den Magnetanker 64 und andererseits gegen den Zapfen 61 des Magnetkerns 62 abstützt.
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In der gezeichneten Stellung des Magnetankers 64 verschließt die Dichtung
65 die mit dem nicht dargestellten Saugrohr der Brennkraftmaschine in Verbindung
stehende Bohrung 58 des Formkörpers 56. Demufolge sind die Bohrungen 67 und 68 offen,
so daß der Innenraum der Gehäusehälfte 37 über die Burchgangsbohrung 73, die Bohrungen
67 und 68, die Durchbrüche 69 und 70 des Magnetkerns 62, den Spalt 71 und die Öffnung
72 im Gehäuse 55 des Magnetventils 54 mit der Außenluft in Verbindung steht. Die
Membran 41 wird von der Schraubendruckfeder 52 und das Ventilstellglied 18 von der
Schraubendruckfeder 29 in der gezeichneten Stellung gehalten.
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Bei stromdurchflossener Spule 63 wird der Magnetanker 64 entgegen
der Kraft der Schraubendruckfeder 76 gegen den lagnetkern 62 gezogen, sc daß die
Dichtung 66 die Bohrungen 67 und 68 verschließt. Damit ist die Verbindung zur Außenluft
gesperrt und eine Verbindung des Innenraums der Gehäusehälfte 37 über die Durchgangsbohrung
73 im I.iagnetkern 62, die Längsbohrung 74, die Querbohrung 75 und einen Spalt zwischen
dem l;antel des SuTagnetankers 64 und der Bohrung 59 sowie die Bohrung 58 und den
Stutzen 57 des Forinkörpers 56 mit dem nicht gezeichneten Saugrohr der Brennkraftmaschine
hergestellt. Infolge des Unterdrucks in Saugrohr wird Buft aus dem Innenraum der
Gehäuschälfte 37 abgesaugt und die Membran durch den Druck der Außenluft im Innenraum
der Gehäusehälfte 38 entgegen der Kraft der Schraubendruckfeder 52 gegen das Magnetventil
54 hin bewegt. iTber den Zugdraht 28 des Bowdenzugs 12 wird gleichzeitig das Ventilstellglied
18 entgegen der Kraft der Schraubendruckfeder 29 in seine Offenstellung bewegt,
in welcher der Dichtkegel 22 an der Stirnfläche 24 der Hülse 25 anliegt.
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Bei unterbrochenen Stromdurchfluß durch die Spule 63 wird der Magnetanker
64 durch Federkraft wieder in die gezeichnete Stellung bewegt, in der er die mit
dem Saugrohr in Verbindung stehende Bohrung 58 verschlossen hält. Infolge der freigegebenen
Verbindung zur Außenluft wird Druckgleichgewicht in den Innenräumen der Gehäusehälften
37 und 38 hergestellt; die Membran 41
sowie das Ventilstellglied
18 werden dadurch in die gezeichneten Stellungen bewegt.
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Das in Fig. 2 dargestellte Abgasrückführungsventil 10' unter scheidet
sich von dem in Fig. 1 gezeichneten Ventil 10 durch konstruktive Einzelheiten. Das
einlaßseitige Ende des Pohrkörpers 13 sowie das freie Ende des Auslaßstutzens 35'
sind mit Außengewinde zum unmittelbaren Verschrauben mit einer nicht dargestellten
Abgasrückführungsleitung versehen. Das Führungsrohr 27' des Bowdenzugs 12'-ist mittels
einer das geschlitzte freie Ende der Hülse 25' zusammenpressenden Schelle 77 gegen
Herausziehen aus der Bohrung 2-61 der Hülse 25' gesichert. 'renn das betä.tigungsflrganseitige
Ende des Fihrsngsrohres 27' gleichfalls geklemmt wird, kann ein massiv ausgebildeter
Draht 28' des Bowdenzugs 12' nicht nur auf Zug, sondern auch auf Druck beansprucht
werden. In diesem Fall ist es möglich, die Federkraft der Schraubendruckfeder 29'
auf ein Maß zu verringern, das zum Anpressen der Abstreifdichisscheiben 31' an den
Bund 32' der Hülse 25' ausreicht.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten AbgasrrnckfjlIrungsventil 10'' ist
der Rohrkörper 13'' mit dem Ventilstellglied 18'' und dem Bowdenzug 12" zur Anpassung
an besondere räumliche Verhältnisse im Kraftfahrzeug unter einem sfinkel von 450
in ein Rohrstück 78 eingelassen. Dabei ist die Bohrung 15" des Rohrkörpers 13''
der Einlaßseite und der Durchlaß 33'' des Rohrkörpers der Auslaßseite des Rohrstücks
78 zugecrdnet.
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In Fig. 4 und 5 ist ein Elektromotor 80 mit einem Untersetzungsgetriebe
81 als Betätigungsorgan für ein Abgasrückführungsventil dargestellt. Der Elektromotor
80 hat ein aus dem iotorgehäuse 82 herausragendes Antriebsritzel 83, welches in
Eingriff mit einem Zahnrad 84 mit großer Zähnezahl steht. Mit diesem Zahnrad 84
ist ein zweites Zahnrad 85 mit geringerer Zähne zahl gleichachsig verbunden. Sowohl
das Antriebsritzel 83 als auch das Untersetzungsgetriebe 81 sind durch einen mit
dem Motorgehäuse 82 verschraubten Lagerdeckel 86 des Elektromotors 80-abgedeckt
und
vor Verschmutzung geschützt.
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Das Zahnrad 85 greift an einer Zahnstange 87 an, die mit de Draht
28"t eines als Übertragungselement vorgesehenen Boden zugs 12"' fest verbunden ist.
Die Zahnstange 87 ist als schnekkenförmiges Drehteil ausgebildet und sitzt längsbewegbar
in einer Ausnehmung P des Motorgehäuses 82, die durch das parallel zur Zahnstange
87 angeordnete Zahnrad 84 des Untersetzungsgetriebes 81 abgedeckt ist. Das Motorgehäuse
82 weist gleichachsig zur Ausnehmung 88 eine Aussparung 89 auf, welche das J?::;h
rungsrohr 27" des Bowdenzugs 12"' aufnimmt. Zwischen der Äucj nehmung 88 und der
Aussparung 89 hat das Motorgehäuse 82 eine Zwischenwand 90 als Widerlager für das
Führungsrohr 27"' des Bowdenzugs 12"' und zur Begrenzung der Bewegung der Zahnstange
87.
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In der gezeichneten Stellung der Zehnstange 87 befindet sich das Ventilstellglied
18 des beispielsweise mit dem elektromotor 80 verbunden, in Fig. 4 und 5 nicht sichtbaren
Abgasrückführungsventils li nach Fig. 1 in seiner Schließstellung. Bei stromdurchflossener
Wicklung des Elektromotros 80 treibt das Antriebsritzel 83 das Untersetzungsgetriebe
81 an, dessen Zahnrad 85 die Zahnstange 87 In den freien Abschnitt der Ausnehmung
88 längsverschiebt. Die Bewegung der Uahnstange 87 wird vom Draht 28"' des Bowdenzugs
12"' auf das Ventilstellglied 18 des Abgasrückführungsventils s 10 übertragen. Wenn
der Dichtkegel 22 des Ventilstellgliedes 18 an der Stirnfläche 24 der Hülse 25 anliegt,
wird der Elektromotor 80 abgebremst. Da der blektro motor 80 jedoch eine kurzschlußfeste
Wicklung hat, kann diese während der Offenstellung des Abgasrückführungsventils
10 stromdurchflossen bleiben. Aufgrund dieser Wicklungsbemessung ist keine aufwendige
wegabhängige Endabschaltung oder i-berstromabschaltung für den Elektromotor 80 nötig.
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Bei spannungslosem Elektromotor 80 bewegt die zusammengedrückte, relativ
starke Schraubendruckfeder 2q das Ventilstellglied 18 aus seiner Offenstellung in
seine Schließstellung. Dabei treibt die vom Draht 28"t des Bowdenzug 12"' bewegte
Zahnstange 8
über das Untersetzungsgetriebe 81 das Antriebsritzel
83 des Elektromotors 80 entgegen der Drehrichtung des Motors an bis das Abgasrückführungsventil
10 geschlossen ist.
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Um ein Abgasrückführungsventil 10' bzw. 10" (wie beispielsweise in
Fig. -2 und 3 dargestellt) mit verhältnismäßig schwacher Schraubendruckfeder 29'
durch den mit kurzschlußfester rTicklung ausgerüsteten- Elektromotor 80 antreiben
zu können, ist ein Bowdenzug 12"' mit einem auf Zug und auf druck beanspruchbaren
massiven Draht 28"' erforderlichä, dessen Führungsrohr 27"' sowohl am Elektromotor
80 als auch am Abgasrückführungsventil fest eingespannt ist. Außerdem muß der Elektromotor
80 in beiden Drehrichtungen antreibbar sein. Die Drehrichtung des Elektromotors
80 kann durch eine an sich bekannte Umkehrschaltung mit einem die beweglichen Kontakte
des Umschalters betätigenden Drehankerrelais verandert werden, das bei einer Brennkraftmaschine
mit elektronisch geregelter Benzineinspritzung durch das Steuergerät für die Einspritzung
gesteuert wird.
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Statt des in der Zeichnung dargestellten Bowdenzugs kann auch ein
sog. Teleflexzug als Übertragungselement Verwendung finden, bei dem auf den Zugdraht
ein schraubenlinienförmiger-Draht aufgewickelt und mit dem Zugdraht fest verbunden
ist.