DE2539484A1

DE2539484A1 - Stellvorrichtung fuer ein ventil in einer abgasrueckfuehrleitung einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2539484A1
Application number: DE19752539484
Authority: DE
Inventors: Wolf Ing Grad Wessel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-09-05
Filing date: 1975-09-05
Publication date: 1977-03-10
Also published as: US4064851A; JPS5234115A

Description

R. 2823

25· 7.1975 Bö/Ml

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Stellvorrichtung für ein Ventil in einer Abgasrückführleitung einer Brennkraftmaschine.

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für ein Ventil in einer Abgasrückführleitung einer Brennkraftmaschine mit . einem entsprechend der Drosselklappenstellung gesteuerten Hilfskraftsystem für die Verstellung eines Schließglieds des Ventils.

Eine derartige Stellvorrichtung ist z.B. durch die US-PS 3 842 814 bekannt. Hier wird als Hilfskraft der Unterdruck des Saugrohrs einer Brennkraftmaschine zur Verstellung eines Abgasrückführventils verwendet. Dieser Unterdruck dient allerdings nicht nur allein zur Verstellung des.Ventilgliedes sondern auch als Mittel, mit dem der Grad der Verstellung des Ventilglieds variiert werden kann. Das geschieht bei dieser bekannten Lösung dadurch, daß der drehzahlabhängige

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Saugrohrunterdruck durch eine entsprechend der Drosselklappenstellung veränderbare Zutrittsöffnung für unter atmosphärischem Druck stehender Luft gesteuert wird. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß damit eine exakte Nachführung des Abgasrückführventils entsprechend der Drosselklappenstellung nicht möglich ist. Die Vorrichtung ist ferner sehr aufwendig und besitzt den weiteren Nachteil, daß mit Ausnahme bei geschlossener Steueröffnung ständig Bypaßluft unterschiedlicher Menge der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

Bei anderen bekannten Lösungen ist eine Nockenwelle zur Verstellung des Schließglieds eines Abgasrückführventils direkt mechanisch mit der Drosselklappenwelle verbunden. Hier kann zwar das Abgasrückführventil bei entsprechender Auslegung des Stellnockens simultan mit der. Drosselklappenwelle betätigt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß bei klemmendem Abgasrückführventil oder bei großer Reibung in dem übertragungsgestänge die Drosselklappe, die in der Regel nur über eine Rückstellfeder geschlossen wird, nicht mehr schließt. In diesem Fall würde die Brennkraftmaschine ständig unter Lastbedingungen betrieben werden und bei Entlastung, z.B. beim Auskuppeln durch starke Drehzahlüberhöhung zerstört werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung vorstehender Nachteile eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Verstellung eines Abgasrückführventils entsprechend der Drosselklappenstellung erfolgen kann, ohne daß die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung und der Drosselklappe durch bei der Verstellung auftretende Reibungskräfte beeinträchtigt wird..'

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Ventil einen mit seinem Schließglied verbundenen Weggeber besitzt, der -, mit einem mit der Drosselklappenwelle verbundenen Weggeber zusammenarbeitet und mit diesem eine Schaltvorrichtung bildet, durch die bei einer Abweichung der Weggeber von einer definierten Nullstellung zueinander ein Servoantrieb

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des Schließglieds im in diese Nullstellung zurückstellenden Sinn einschaltbar ist. Auf diese Weise macht das Schließ-.glied des Abgasrückführventil jede Drehbewegung der Drosselklappenwelle mit. Der von der Drosselklappenwelle her aufzubringende Kraftaufwand ist dabei auf die geringen Tastkräfte beim Abtasten der jeweiligen Stellung der Weggeber zueinander beschränkt.

Die vorteilhafte Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Schaltvorrichtung aus wenigstens zwei durch Nullstellen voneinander getrennte Kontaktbahnen als den einen der Weggeber besteht und"* als anderen Weggeber aus wenigstens zwei sich mit den Nullstellen deckenden Kontakten besteht, die je nach Verstellrichtung der Weggeber zueinander wechselweise jeweils mit einer der Kontaktbahnen in alleiniger Verbindung stehen und die Kontakte oder die Kontaktbahnen mit Spannungsquellen unterschiedlicher Polarität oder mit Anschlüssen einer Schaltvorrichtung des Servoantriebs verbunden sind. . *

Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die Schaltvorirchtung aus einer Zylinderhülse mit zwei axial hintereinander liegenden, durch jeweils einen als Nullstelle dienenden Steg hälftig geteilten Teilringschlitzen als der eine Weggeber besteht und aus einem mit zwei axial hintereinander liegenden, mit den Teilringschlitzen zusammenarbeitenden Bohrungsaustrittsöffnungen versehenen, in der Zylinderhülse dicht geführten ürehkolben als anderen Weggeber besteht, wobei der einen Bohrung des Drehkolbens ein Arbeitsdruck zugeführt wird, während die andere Bohrung mit der Atmosphäre und die einander diagonal gegenüberliegenden Teile der Teilringschlitze miteinander und jeweils mit einem Druckraum eines das Schließglied des Ventils betätigenden Servomotors verbunden sind. Bei den beiden oben beschriebenen Vorrichtungen wird die Verstellarbeit des Ventilschließglieds jeweils von einem Servoantrieb übernommen, dessen Arbeitsfä-

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higkeit von der Stellung der Drosselklappe unabhängig ist. Als Reibungskräfte treten in beiden Fällen nur die geringen Abtastkräfte der Weggeber auf.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele und der Zeichnung zu entnehmen.

In Fig. 1 ist im Saugrohr 10 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine eine Drosselklappe 11 angeordnet, die um die Drosselklappenwelle 13 schwenkbar ist. Die Verdrehung der Drosselklappenwelle 13 erfolgt über einen Hebelarm 14 der Drosselklappenwelle und einer nicht weiter dargestellten übertragungsvorrichtung durch Betätigung eines Gaspedals 15.

Am Ende der Drosselklappenwelle 13 ist mit dieser als WeggejLsol zierte ■ <=>o

ber eineVTrägerscheibe 17 mit Kontaktstiifen 18,19 befestigt, die Teil einer Schaltvorrichtung 20 sind. Der Trägerscheibe

isolierte
17 gegenüber ist eineVTrägerscheibe 21 mit zwei Kontaktbahnen 22, 23 ebenfalls als Weggeber der Schaltvorirchtung 20 angeordnet. Die Kontaktbahnen bilden zusammen einen Kreis, der durch Nullstellen 25, 26 unterbrochen wird. Die Nullstellen sind dabei geringfügig breiter'als die auf den Kontaktbahnen schleifenden Kontaktstifte l8 und 19.

Die Trägerscheibe 21 ist durch eine Welle 28 verdrehbar, die mit ihrem anderen, mit einem Gewinde 29 versehenen Ende über eine Gewindebohrung 30 im Schließglied 32 eines Abgasrückführungsventils 33 mit dem Schließglied 32 gekoppelt ist. Das Abgasrückführventil 33 ist dabei von bekannter Bauart und sitzt in einer Abgasrückführleitung 34 zwischen Auspuffsystem und Ansaugsystem einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine. Das Ventil, das von irgendeiner bekannten Bauart sein kann, ist hierbei nur schematisch dargestellt.

Der Antrieb der Welle 28 erfolgt über ein Getriebe J>6, das seinerseits wieder von einem Elektromotor 37 angetrieben wird.

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—. C _H

Der Elektromotor ist dabei von jener Bauart, bei der durch Umpolen der Anschlüsse 38, 39 ein Drehrichtungswechsel erzielt wird. Die Anschlüsse 38 und 39 sind durch Leiter 40, 4l mit jeweils einer Kontaktbahn 22, 23 verbunden. Die Kontaktstifte 18 und 19 sind über bewegliche Leiter 42 und 43 mit einer positiven bzw. negativen Spannungsquelle zur Energieversorgung des Elektromotors verbunden.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: .

Wird die Drosselklappenwelle 13 durch das Gaspedal 15 verdreht, so wird gleichzeitig die Trägerscheibe IJ mit den Kontaktstiften 18 und 19 verdreht. Ausgehend davon, daß die Kontaktstifte und 19 sich radial gegenüberliegen im Bereich der Nullstellen 25 und 26 befanden und somit die Kontaktbahnen 23 und 22 stromlos waren, wird nun je nach Drehrichtung der Drosselklappenwelle der Kontakt l8 entweder auf die Kontaktbahn 22 oder auf die Kontaktbahn 23 geführt. Umgekehrt gelangt der Kontakt 19 auf die Kontaktbahn 23 bzw. 22. Auf diese Weise wird eine Verbin-.dung von beispielsweise der positiven Spannungsquelle über die Leitung 42, den Kontakt 19, die Kontaktbahn 22 zum Anschluß 38 des Elektromotors hergestellt und umgekehrt eine Verbindung zwischen dem Elektromotoranschluß 39, die Kontaktbahn 23, den Kontaktstift l8 und den Leiter 43 zur negativen Spannungsquelle hergestellt. In diesem Augenblick wird der Elektromotor angetrieben und die Welle 28 über das Getriebe 36 verdreht. Die Drehrichtung der Welle 28 ist dabei so ausgewählt, daß die Trägerscheiben 21 mit den Kontaktbahnen der Verdrehung der Trägerscheibe 17 nachgeführt wird,, so lange bis die Kontakte l8 und 19 wieder in den Bereich der Nullstellen 25 und 26 gelangen und die Stromzufuhr zum Elektromotor unterbrochen wird. Gleichzeitig wird durch gegenseitige Verdrehung von Gewindeende 29 der Welle 28 und der Gewindebohrung 30 des Schliessglieds 32 zueinander das Schliessglied 32 verstellt. Das Gewinde ist dabei so ausgelegt, daß bei einer Schliessbewegung der Drosselklappe das Schliessglied ebenfalls in

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-s-

Schliessrichtung bewegt wird..

Bei einer entgegengesetzten Drehbewegung der Drosselklappen welle erfolgt der oben beschriebene Nachführvorgang der Trägerscheibe 21 bzw. des Schliessglieds 32 in umgekehrter Reihenfolge. Durch Auslegung des Gewindes 30 bzw. 29 sowie der Form des Ventilteils 45 des Schliessglieds 32 kann Hub und Öffnungsquerschnitt entsprechend jeder Drehstellung der Drosselklappenwelle nach Bedarf ausgelegt werden.

Die Erkennung der Nullstellen erfolgen in dem oben beschriebenen Beispiel durch rein mechanische Mittel. Die Steuerung des Motors und die Erkennung der Nullstellen kann selbstverständlich auch über elektronische Mittel wie z.B. Feldplattengeber, Induktivgeber, optische Geber usw. mit nachgeschaltetem Leistungsverstärker erfolgen. Diese Art der Steuerung hat bei berührungsfreier Abtastung den Vorzug, daß keine Reibungskräfte und kein Verschleiß auftreten.

Im zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden gleiche Teile mit gleichen Positionszahlen benannt. Auch hier sitzt auf der Drosselklappenwelle 13 einer im Saugrohr 10 angeordneten Drosselklappe 11 ein Weggeber in Form eines Drehkolbens 46. Der Drehkolben besitzt zwei im wesentlichen axial verlaufende Bohrungen 47 und 48, von denen die Bohrung 47 über eine Austrittsöffnung 50 an.der Mantelfläche des Drehkolbens endet und die Bohrung 48 an einer in axialer Richtung danebenliegenden Austrittsöffnung 51 an der Mantelfläche des Drehkolbens endet. Die Bohrung 47 ist am anderen Ende über einen beweglichen Schlauch 52 mit dem Saugrohr 10 stromabwärts der Drosselklappe 11 verbunden. Die Bohrung 48 mündet am anderen Ende ins Freie. Als anderer Weggeber der Schaltvorrichtung 20 dient eine Zylinderhülse 54, in deren Innenbohrung 55 der Drehkolben 46 dicht geführt wird. Zur Verdeutlichung der Einzelheiten wurde in Fig. 2 die Darstellungsweise einer Explosionszeichnung verwendet.

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Die Zylinderhülse 54 ist als Weggeber mit dem Schliessglied 32 des Abgasrückführungsventils 33 über ein Gestänge 57 verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist dies schematisch durch einen Hebelarm dargestellt, der an einem mit der Zylinderhülse 54 verbundenen Wellenstumpf sitzt. In die Zylinderhülse 54 sind zwei axial hintereinander liegende Teilringschlitze 59 und 60 eingearbeitet, die durch als Nullstellen dienende Stege 62 und 63 in Teilstücke 59a und 59b sowie 60a und 60b geteilt werden. Die Stege bzw. die Teilringschlitze 59 und 60 haben dabei den gleichen Abstand wie die Austrittsöffnungen 50 und 51 voneinander. Bei der Verdrehung, des Drehkolbens 46 gegenüber der Zylinderhülse 54 arbeitet die Austrittsöffnung 50 mit dem Teilringschlitz 59 und die Austrittsöffnung 51 mit dem Teilringschlitz 60 zusammen. Die Breite der Stege 62 und 63 ist so groß, daß bei entsprechender Zuordnung die Austrittsöffnungen 50 und 51 verschlossen werden.

Die sich diagonal gegenüberliegenden Teil 59a und 60b bzw. 59b und 60a der Teilringschlitze sind durch Verbindungsleitungen 64 und 65 miteinander verbunden. Ferner führt von jeder der so miteinander verbundenen Gruppe eine Leitung bzw. 67 ab, von denen die Leitung 67 in einen ersten Arbeitsraum 68 und die Leitung 66 in einen zweiten Arbeitsraum 69 eines Servomotors 70 führt. Der Servomotor besteht aus einem geschlossenen Zylinder 71, der durch eine Stellmembran 72 in die Arbeitsräume 68 und 69 geteilt wird. An der Stellmembran ist der Schaft des Schliessglieds 32 befestigt, der dicht durch den Zylinder nach außen geführt wird. Zur Verdeutlichung wurden die Leitungen 65, 64, 66 und 67 nur schematisch dargestellt. In einer tatsächlichen Ausführung werden diese natürlich als Kanäle in der Mantelfläche der Zylinderhülse gebildet. Weiterhin ist in dem Ausführungsbeispiel eine die Teilringschlitze und die Verbindungsleitung 65, 64 nach außen verschliessende zusätzliche Hülse 74 auf der Zylinderhülse 54 nur gestrichelt dargestellt. Auch wurde auf die näheren Einzelheiten der Ab-

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dichtung, die in üblicher, in dem Durchschnittsfachmann bekannter Weise erfolgen kann, verzichtet.

Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:

Solange sich die Austrittsöffnungen 50 und 51 im Bereich der Stege 62 und 63 befinden, wird den Arbeitsräumen 68 und 69 weder über die Bohrung 47 Unterdruck noch über die Bohrung 48 atmosphärischer Druck zugeführt. Sobald die Drosselklappenwelle verdreht wird, kommen die Austrittsöffnungen beispielsweise in den Bereich der Teilringschlxtzteile 59a bzw. 60a. In diesem Fall wird dem ersten Arbeitsraum 68 von der Bohrung 47 her über den Schlitzteil 59a und die Leitung 67 Unterdruck zugeführt, während der zweite Arbeitsraum 69 über die Leitung 6S₃ den Schlitzteil 59b, die Leitung 65> den Schlitzteil 60a und die Bohrung 48 mit der Umgebung verbunden ist. Als Resultierende wirkt auf die Stellmembran 72 ein das Abgasrückführventil 33 öffnende Kraft, die das Ventilglied 32 verschiebt und dabei gleichzeitig über das Gestänge 57 die Zylinderbüchse 54 nachschleppt und die Stege 62 und 63 wieder in Überdeckung mit den Austrittsöffnungen 50 und 51 bringt. Von diesem Augenblick an wird die Bewegung 4es Ventilglies 32 unterbrochen, da in den Arbeitsräumen keine Druckänderung mehr erfolgen kann. Erst bei weiterer Verdrehung der Drosselklappe wird den'Arbeitsräumen weiterhin Druck zugeführt, wobei bei sich öffnender Drosselklappe der Arbeitsraum 68 im steigenden Maße bis zur vollständigen öffnung von Drosselklappe und Abgasrückführventil 33 evakuiert wird. Umgekehrt wird bei Bewegung der Drosselklappenwelle in Schliessrichtung der Arbeitsraum 69 evakuiert und der Druck im Arbeitsraum 68 im steigenden Maße bis zum atmosphärischen Druck erhöht. Da einer Auslenkung des Drehkolbens die sofortige Nachführung der Zylinderhülse 54 folgt, sind die Arbeitsräume 68 und 69 nur kurzzeitig mit den jeweiligen Druckquellen verbunden, so daß die Druckänderungen in den Arbeitsräumen bei einseitiger Drehrichtung kontinuierlich bis zum Maximalwert erfolgen. Ent-

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sprechend folgt die elastische Stellmembran 72 bzw. das Ventilglied 32 dieser Druckänderung kontinuierlich.

Als Druckquelle wurde im vorstehenden Beispiel die Umgebungsluft und der Saugrohrunterdruck verwendet.

Natürlich kann anstelle des- Saugrohrunterdrucks auch ein Unterdruckspeicher an den Schlauch 52 bzw. an die Bohrung 47 angeschlossen werden. In gleicher Weise kann auch die Nachführung mit Hydraulikflüssigkeit als Druckmittel erfolgen. Statt der Verwendung von einem Kolben und einer Zylinderhülse als Weggeber kann in analoger Ausgestaltung auch eine Scheibenanordnung mit Schlitzen verwendet werden.

Beiden beschriebenen Beispielen ist gemeinsam, daß sobald sich die Austrittsöffnungen 50 und 51 in überdeckung mit den Stegen 62 und 63 oder die Kontaktstifte l8 und 19 im Bereich der Nullstellen 25 und 26 sind kein Energiebedarf mehr vorhanden ist. Durch entsprechende Ausgestaltung des Ventilteils 45 des Abgasrückführungsventils 33 im Verhältnis zum Öffnungshub des Ventils kann eine Angleichung des Durchströmquerschnitts bzw. der rückgeführten Abgasmenge an die jeweilige Drosselklappenstellung erfolgen. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die von der Drosselklappenwelle her aufzubringende Betätigungskraft des Ventils auf ein Minimum reduziert mit dem wesentlichen Vorteil, daß ein Verklemmen des Abgasrückführungsventils 33 ohne Auswirkung auf die Drosselklappenfunktion bleibt.

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Claims

-· ίο - Ansprüche

1.)Stellvorrichtung für ein Ventil in einer Abgasrückführleitung einer Brennkraftmaschine mit einem entsprechend der Drosselklappenstellung gesteuerten Hilfskraftsystem für
die Verstellung eines Schliessglieds des Ventils, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil einen mit seinem Schliessglied verbundenen Weggeber besitzt, der mit einem mit der Drosselklappenwelle (13) verbundenen Weggeber zusammenarbeitet und mit diesem eine Schaltvorrichtung (20) bildet, durch die bei einer Abweichung der Weggeber von einer definierten Nullstellung zueinander ein Servoantrieb (37 ₃ 70) des Schliessglieds im in diese Nullstellung rückstellenden Sinn einschaltbar ist.

2. Stellvorrichtung,nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (20) aus wenigstens zwei durch Nullstellen (25, 26) voneinander getrennte Kontaktbahnen (22, 23) als den einen der'Weggeber besteht und als anderen Weggeber aus wenigstens zwei sich mit den Nullstellen deckenden Kontakten (18, 19) besteht, die je nach Verstellrichtung der Weggeber zueinander wechselweise jeweils mit einer der Kontaktbahnen in alleiniger Verbindung stehen
und die Kontakte oder die Kontaktbahnen mit Spannungsquellen unterschiedlicher Polarität oder mit Anschlüssen

■ einer Schaltvorrichtung des Servoantriebs verbunden sind.

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3· Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, . daß als Servoantrieb ein Elektromotor (37) dient.

4. Stellvorrichtung nach Anspruch-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (18, 19) oder die Kontaktbahnen (22, 23)

• mit den Anschlüssen (38, 39) des Elektromotors (37) verbunden sind.

5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbahnen (18, 19) Teile einer Kreisbahn sind.

6. Stellvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn- · 'zeichnet, daß der Elektromotor (37) über ein Zwischengetriebe (36) mit dem Ventilglied (32) des Ventils verbunden ist.

7. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (20') aus einer Zylinderhülse (54) mit zwei axial hintereinander liegenden, durch jeweils einen als Nullstelle dienenden Steg (62, 63) hälftig geteilten Teilringschlitzen (59, 60) als der eine Weggeber besteht und aus einem mit zwei axial hintereinanderliegenden, mit den Teilringschlitzen zusammenarbeitenden Bohrungsaustrittsöffnungen (50, 51) versehenen, in der Zylinderhülse (54) dicht geführten Drehkolben (46) als anderen Wegggeber besteht, wobei der einen Bohrung (47) des Dreh-· kolbens (46) ein Arbeitsdruck zugeführt wird, während die

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andere Bohrung (48) mit' der Atmosphäre und die einander diagonal gegenüberliegenden Teile (59a, 60b; 59b, 60a) der Teilringschlitze (59, 60) miteinander und jeweils mit einem Druckraum (68, 69) eines das Schliessglied (32) des Ventils betätigenden Servomotors (70) verbunden sind.

8.Stellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsdruck der Saugrohrunterdruck dient.

9. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als 'Weggeber Feldplattengeber mit einer elektronischen Schaltvorrichtung des Servoantriebs verwendet werden.

10. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Weggeber Induktivgeber mit einer elektronischen Schaltvorrichtung des Servoantriebs verwendet werden.

11. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Weggeber optische Geber mit einer elektronischen Schaltvorrichtung des Servoantriebs verwendet werden.

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