DE4035176C3 - Vorrichtung zum dosierten Einspeisen von verbrannten Gasen in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 25 29 208 bekannt. Das in der Ab­ gasrückführleitung angeordnete Drosselorgan ist mit einer Stelleinrichtung ver­ bunden und in Abhängigkeit von der Stellung der im Saugrohr der Brennkraft­ maschine befindlichen Hauptdrosselklappe betätigbar. Die Stelleinrichtung kann beispielsweise durch ein Gestänge, eine von einem Elektromotor angetriebene Gewindewelle oder durch ein Parallelogrammgestänge gebildet sein. Die Vorrich­ tung ist mit einer Regeleinrichtung versehen, um im Anschluß an eine schnelle Grobeinstellung der Abgasrückführrate in dem jeweiligen Betriebszustand eine exakt geregelte Abgasrückführrate in die Verbrennungskraftmaschine einzuspei­ sen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum dosierten Ein­ speisen von verbrannten Gasen derart weiterzuentwickeln, daß sich bei kosten­ günstiger Herstellbarkeit gleichbleibende gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer ergeben, wobei unabhängig von der Gebrauchsdauer der Vorrichtung das Sperrventil stets einen Öffnungsquerschnitt von überein­ stimmender Größe aufweisen soll.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, daß das Schließglied und/oder der Ventilsitz selbsthemmend aber in Bewegungsrichtung des Schließ­ glieds verschiebbar auf den jeweils zugeordneten Tragteilen angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung wird eine stets gleichbleibende Ansteuerungs­ charakteristik während der gesamten Gebrauchsdauer erhalten. In Offenstellung des Sperrventils ergibt sich ein Übertrittsquerschnitt von stets überein­ stimmender Größe. Der Ventilsitz kann beispielsweise durch die Stirnseite eines Rohres gebildet sein, welches sich achsparallel zur Bewegungsrichtung des Schließglieds erstreckt und das mittels eines elastischen Dichtungselements selbsthemmend in einer umschließenden Bohrung aufgenommen ist. Auch beim Auftreten von Anbackungserscheinungen im Bereich der Stirnseite ergibt sich in diesem Falle unabhängig von der Gebrauchsdauer stets ein übereinstimmender Öffnungsquerschnitt. Eine entsprechende Befestigung ist selbstverständlich auch auf Seiten des Schließglieds möglich. In diesem Falle ist es lediglich erforderlich, das Schließglied als solches unabhängig von seinem eigentlichen Antriebsmittel auszubilden und an diesem entsprechend den vorstehenden Darlegungen verschiebbar festzulegen.

Die Vorrichtung läßt sich kostengünstig herstellen und montieren. Sie zeichnet sich außerdem durch eine ausgezeichnete Betriebssicherheit aus, wobei sich überraschender Weise bereits dann eine deutliche Verminderung von umwelt­ belastenden Abgasemissionen ergibt, wenn auf eine ergänzende Verwendung von elektronischen Steuereinrichtungen verzichtet wird. Eine derartige Vorrich­ tung empfiehlt sich dadurch insbesondere bei der Ausstattung von solchen Verbrennungskraftmaschinen, bei denen einer kostengünstigen Verfügbarkeit der benötigten Teile größte Aufmerksamkeit gewidmet wird.

Die Ausbildung der Vorrichtung hängt maßgeblich von der Gestaltung des An­ triebsmittels von Sperrventil und Drosselklappe ab. Im Normalfall ist davon aus­ zugehen, daß die Drosselklappe unverdrehbar auf einer Betätigungswelle festge­ legt und durch eine Relativverdrehung der Betätigungswelle im gewünschten Maße verstellbar ist. Bei Sperrventilen ist es demgegenüber eher gebräuchlich, durch eine geradlinige Hin- und Herbewegung eines Stellgliedes eine Verände­ rung des Durchflußquerschnittes zu erzielen. Das gemeinsame Betätigen eines solchen Sperrventils und einer solchen Drosselklappe erfordert daher die Ver­ wendung von Betätigungsmitteln, die geeignet sind, eine hin- und hergehende Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln. Diesbezüglich ist eine Vielzahl mechanischer Hilfsmittel bekannt.

Durch die Verwendung eines Spindeltriebs besteht die Möglichkeit, das Stell­ glied des Ventils auf einer Bewegungsachse anzuordnen, die eine Verlängerung der Rotationsachse der Drosselklappenwelle bildet. Die Herstellung ist besonders einfach und es ergibt sich der weitere Vorteil, daß das Gehäuse des Ventils in unmittelbarer Nähe des Ansaugrohres angebracht werden kann und gegebenen­ falls als integrierter Bestandteil desselben.

Bei einer Ausführung, bei der die Betätigungseinrichtung als Kurventrieb gestal­ tet ist, resultiert eine vereinfachte Möglichkeit, die Öffnungscharakteristika der Drosselklappe einerseits und des Ventils andererseits in der Weise aneinander anzupassen, daß sich ein optimiertes Betriebsverhalten der jeweiligen Verbren­ nungskraftmaschine ergibt. Zweckmäßigerweise wird eine solche Kurvenscheibe austauschbar befestigt, was es ermöglicht, eine ansonsten identisch gestaltete Vorrichtung durch einfachen Austausch der Kurvenscheibe für Verbrennungs­ kraftmaschinen unterschiedlicher Größe brauchbar zu machen.

Die Betätigungseinrichtung kann einen Zahnstangentrieb umfassen, was es ge­ stattet, große räumliche Entfernungen zwischen der Drosselklappenwelle und dem Stellglied des Ventils zu überbrücken. Ein ähnlicher Vorteil resultiert bei ei­ ner Ausführung, bei der die Betätigungseinrichtung durch einen Pleueltrieb ge­ bildet ist. Im letztgenannten Fall sind die Herstellkosten vergleichsweise gerin­ ger, es ist jedoch erforderlich, eine statische Vorlast, beispielsweise durch eine Druckfeder, zu erzeugen, um unerwünschtes Spiel zu unterdrücken.

Bei Verwendung von Ventilen, bei denen das Stellglied durch eine Relativverdre­ hung betätigbar ist, besteht demgegenüber die Möglichkeit, eine Schubstangen­ verbindung zwischen der Drosselklappenwelle und der Welle des entsprechen­ den Stellgliedes des Ventils vorzusehen. Dabei besteht zugleich die Möglichkeit, in Abhängigkeit von den radialen Abständen zwischen der jeweiligen Anlenk­ stelle der Schubstange und der Drehachse des Stellgliedes die Öffnungscharak­ teristika in gezielter Weise einander anzupassen.

Bowdenzüge ermöglichen die Realisierung einer schwingungstechnischen Ab­ kopplung des Ventils von der Drosselklappenwelle. Die Dauerhaltbarkeit wird hierdurch verbessert. Eine Verwendung von Nockentrieben ist ebenfalls möglich.

Die Betätigungseinrichtung des Ventils kann einen Servoantrieb umfassen, der auf der Grundlage einer elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Kopp­ lung durch die Drosselklappe oder deren Antriebsmittel gesteuert ist. Die An­ steuerungscharakteristik des Ventils läßt sich bei solchen Ausführungen beson­ ders einfach speziellen Erfordernissen des Anwendungsfalles anpassen.

Der Hilfsantrieb des Ventils kann ein Federelement umfassen, um einen Spiel­ ausgleich der zur Anwendung gelangenden Betätigungsmittel zu bewirken. Zweckmäßigerweise ist die Feder dabei als Druckfeder gestaltet und so ange­ ordnet, daß sie bei einer Entlastung eine Überführung des Stellgliedes des Ven­ tils in eine Geschlossenstellung bewirkt.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Drosselklappe und das Sperrventil durch ei­ ne elektrische Welle zu verbinden und auf diese Weise gemeinsam betätigbares zu machen. Der in diesem Falle zur Anwendung gelangende Hilfsantrieb kann mindestens einen signalbetätigbaren Servo-Motor umfassen, wobei der Servo-Motor signalleitend mit einem Betriebskenndaten der Verbrennungskraftma­ schine bestimmenden Steuergerät verbunden ist. Hierdurch läßt sich erreichen, daß sich eine optimale Ansteuerung des Sperrventils auch dann ergibt, wenn die tatsächlichen Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine in erheblichem Ma­ ße von den normalen Gegebenheiten abweichen, was beispielsweise bei einer Betriebsstörung der Fall sein kann.

Der Hilfsantrieb kann einen Elektromagneten umfassen. Er läßt sich in einem Solchen Falle kostengünstig erhalten und besonders einfach ansteuern.

Die Antriebseinrichtung des Sperrventils kann mit einer Einrichtung zum relativ verzögerten Öffnen und zum drosselklappensynchronen Schließen versehen sein. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise durch einen unsymmetrischen Strömungsmitteldämpfer gebildet sein. Entsprechende Strömungsmitteldämpfer sind an sich bekannt. Sie gelangen beispielsweise im Bereich der Radfederung von Kraftfahrzeugen zur Anwendung.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beige­ fügten Skizze weiter verdeutlicht.

Die Skizze zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum dosierten Einleiten von Verbrennungsgasen in den Brennraum einer Verbrennungskraftma­ schine 22 mit einem Ansaugrohr 6, in dem eine Drosselklappe 3 angeordnet ist und einem Abgasrohr 23, wobei das Ansaugrohr 6 und das Abgasrohr 23 durch eine Leitung 20 mit einem darin enthaltenen Sperrventil 1 verbunden sind und wobei dem Sperrventil 1 und der Drosselklappe 3 Antriebsmittel zur Überfüh­ rung in eine Offenstellung zugeordnet sind. In dem Ansaugrohr 6 ist eine Dros­ selklappe 3 angeordnet, welche unverdrehbar an dem Außenumfang einer Dros­ selklappenwelle 14 festgelegt ist. Die Drosselklappenwelle 14 ist außerhalb des Ansaugrohres 6 mit einem Zahnkranz versehen, der mit einer Zahnstange 16 in Eingriff steht. Diese ist durch ein Gestänge 12 mit dem Fahrpedal 24 verbunden und in eine hin- und hergehende Relativbewegung versetzbar, wobei sich eine Relativverdrehung der Drosselklappenwelle 14 ergibt und damit zugleich eine Veränderung der Zuordnung des Drosselklappe zu der sie umschließenden Wan­ dung des Ansaugrohres 6. Das je Zeiteinheit durch das Ansaugrohr 6 durch­ setzbare Gasvolumen läßt sich hierdurch nach Bedarf verändern.

An der Zahnstange 16 ist eine Kurvenscheibe 17 befestigt. Diese ist mit einer Kurvenbahn 13 versehen, welche mit einer Rolle 25 des Stellgliedes 15 des Sperrventils 1 in Eingriff steht. Die Andrückung der Rolle 25 an die Kurvenbahn 13 bewirkt eine Andrückfeder 10, welche einerseits auf einem in radialer Rich­ tung nach außen vorspringenden Ansatz des Stellgliedes 15 abgestützt ist und andererseits auf eigenem Bestandteil des Gehäuses 11 des Sperrventils 1. Das Schließglied 29 des Sperrventils 1 wird hierdurch bei einer Relativverschiebung des Stellgehäuses 12 nach links selbsttätig in eine Offenstellung überführt. In Abhängigkeit von der Gestalt der Kurvenbahn 13 gelangt es hierbei definiert in eine Offenstellung, wodurch je Zeiteinheit eine Abgasmenge definierter Größe aus dem Abgasrohr 23 in das Ansaugrohr 6 überführt wird. In Abhängigkeit von der Ausbildung der Kurvenbahn 13 lassen sich die diesbezüglichen Gegebenhei­ ten den Erfordernissen des speziellen Anwendungsfalles angleichen. Das Ver­ hältnis des der Verbrennungskraftmaschine 22 je Zeiteinheit durch das Ansaug­ rohr 6 zugeführten Gemisches aus Frisch- und Abgasen läßt sich hierdurch im erforderlichen Maße verändern.

Um im langfristigen Gebrauch eine unveränderliche Öffnungscharakteristik des Sperrventils 1 zu erreichen ist es bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorge­ sehen, das zugehörige Schließglied 29 und den zugehörigen Ventilsitz 28 in Öff­ nungsrichtung selbsthemmend, jedoch verschiebbar auf den zugehörigen Trag­ teilen abzustützen. Hierzu ist das Schließglied 29 mittels elastisch verformter Dichtringe 26 aus wärmebeständigem Werkstoff auf einem sich parallel zur Öff­ nungsrichtung erstreckenden, säulenförmigen Abschnitt des Stellgliedes 15 ab­ gestützt und der durch die Stirnseite eines Rohres gebildete Ventilsitz 28 in glei­ cher Weise mittels zweier elastischer Dichtringe 27 in einer sich parallel zur Öff­ nungsrichtung erstreckenden Bohrung des Gehäuses 11. In Abhängigkeit vom Umfang der sich bei längerer Dauer der Benutzung ergebenden Anbackungen im Bereich der miteinander in Eingriff bring bar Flächen des Schließgliedes 29 und des Ventilsitzes 28 resultiert eine entsprechend große Relativverschiebung bei­ der Teile in der Schließstellung, wodurch sich bei der anschließenden Betätigung eine völlig unveränderte Öffnungscharakteristik ergibt. Ein entsprechender Effekt läßt sich ebenfalls erreichen, wenn nur eines der beiden Teile relativ verschieb­ bar abgestützt ist.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Hilfsantrieb 4 für das Sperrventil 1 vorgesehen. Dieser besteht aus einem auf der Zahnstange 16 abgestützten Elektromagneten, der mit der Kurvenscheibe 17 verbunden ist und es ermög­ licht, diese in Abhängigkeit von besonderen Gegebenheiten parallel zur Längs­ richtung der Zahnstange 16 zu verschieben und auf diese Weise die Öffnungs­ charakteristik des Sperrventils 1 in bezug auf die Drosselklappe 3 zu verändern und besonderen Gegebenheiten anzupassen. Für die Erzielung eines optimalen Betriebsverhaltens ist diese Möglichkeit von großem Vorteil. Sie ist gegebenen­ falls verzichtbar und die Kurvenscheibe in diesem Falle in starrer Weise an der Zahnstange 16 befestigt.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum dosierten Einspeisen von verbrannten Gasen in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugrohr, in dem eine Drosselklappe angeordnet ist und einem Abgasrohr, wobei das Ansaugrohr und das Abgasrohr durch eine Leitung mit einem darin enthal­ tenen Sperrventil verbunden sind, wobei dem Sperrventil und der Dros­ selklappe Antriebsmittel zur Überführung in eine Offenstellung zugeordnet sind, wobei die Antriebsmittel des Sperrventils und der Drosselklappe durch eine gemeinsame Betätigungseinrichtung gemeinsam betätigbar sind, wobei die Betätigungseinrichtung einen Hilfsantrieb für das Sperr­ ventil umfaßt und wobei das Sperrventil ein Schließglied aufweist, das mit einem Ventilsitz in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließglied (29) und/oder der Ventilsitz (28) selbsthemmend aber in Bewegungsrichtung des Schließglieds (29) verschiebbar auf den jeweils zugeordneten Tragteilen angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti­ gungseinrichtung einen Spindeltrieb umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti­ gungseinrichtung einen Kurventrieb umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti­ gungseinrichtung einen Zahnstangentrieb umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti­ gungseinrichtung einen Pleueltrieb umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti­ gungseinrichtung eine Schubstangenverbindung umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti­ gungseinrichtung einen Bowdenzug umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betäti­ gungseinrichtung einen Nockenantrieb umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsan­ trieb (4) ein Federelement (10) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsan­ trieb (4) einen signalbetätigbaren Servo-Motor umfaßt und daß der Servo-Motor signalleitend mit einem Betriebskenndaten der Verbrennungskraft­ maschine bestimmenden Steuergerät verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsan­ trieb (4) einen Elektromagneten umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer­ gerät mit Sensoren zur kontinuierlichen Erfassung von Kenndaten des Verbrennungsmotors versehen ist sowie mit einer Abgleicheinrichtung zur Optimierung des Signals in Abhängigkeit von dem jeweiligen Wert der Kenndaten.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Antriebseinrichtung des Sperrventils (1) mit einer Einrichtung zum relativ verzögerten Öffnen und zum bewegungssynchronen Schließen der Drosselklappe (3) versehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich­ tung durch einen unsymmetrischen Strömungsmitteldämpfer gebildet ist.