DE4338192A1 - Elektromagnetisches Steuerventil für Abgasrückführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Steuerventil für Abgasrückführung in die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges elektromagnetisches Steuerventil ist aus der DE-OS 37 03 091 als elektromagnetisches Proportionalventil bekannt, das seine Öffnung proportional zum Steuersignal variieren kann.

Es ist bekannt (DE-PS 30 43 752), daß die Rückführung von dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine angepaßten Abgasmengen eine wirksame Maßnahme darstellt, um umweltschädliche Anteile im Abgas einer Diesel-Brennkraftmaschine zu reduzieren. Besonders läßt sich durch die Abgasrückführung eine Verminderung des Anteils an Stickoxiden im Abgas erzielen. Es ist aber eine Einstellung und Steuerung der zusammen mit der Frischluftmenge und der eingespritzten Brennstoffmenge der Brennkraftmaschine zugeführten Abgasmenge erforderlich, denn mit einer hierdurch bewirkten Verminderung der Stickoxide im Abgas stellt sich unter Umständen eine Erhöhung der Ruß-, CO- und HC-Anteile ein.

Aus der DE-OS 28 49 507 ist eine Einrichtung bekannt, die zur Steuerung der Abgasrückführmenge und der Einspritzmenge bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen dient. Hierbei ist im Lufteinlaßkanal eine willkürlich betätigbare Drosselklappe vorgesehen und ein pneumatisches Abgasrückführventil in einer den Abgas- mit dem Lufteinlaßkanal verbindenden Rückführleitung. Damit wird erreicht, daß - im Leerlauf und bei Vollast - der Brennkraftmaschine wenig oder gar kein Abgas zurückgeführt wird und bei mittlerer Last und Drehzahl - entsprechend der angesaugten Luftmenge bzw. entsprechend Last und Drehzahl - die Abgasrückführmenge gesteuert wird.

Zweck der Abgasrückführung bei Dieselmotoren ist es, die Stickoxidemissionen zu vermindern. Ein Dieselmotor neigt zu steigender Rußbildung bei Verminderung des Sauerstoffgehaltes in dem Brenngemisch, d. h. bei größerer Abgasrückführrate. Andererseits ist die Tendenz zur Vergrößerung des Ausstoßes von schädlichen Bestandteilen im Abgas bei steigendem Luftanteil im Brenngemisch größer. Die maximale Rückführmenge des Abgases wird in der unteren Teillast benötigt, da hier ein hoher Luftüberschuß vorhanden ist, und nimmt mit steigender Last ab. Führt man nun in der unteren Teillast Abgas in dem Maße zurück, daß ein Schadstoffemissionsminium erreicht wird und erhöht aus diesem Fahrzustand die Last sprungartig, so kommt es zu Rauchstößen, die gleichzeitig mit hohen HC-Emissionen verbunden sind.

Es sind zwar aus der genannten DE-PS Maßnahmen zur Brennstoffsteuerung bekannt, mit denen die Bildung eines Rauchstoßes vermieden werden kann, die darin bestehen, daß die Stellbewegung des Gaspedals nach einer Totzeit und einer anschließenden Übergangsfunktion erster oder höherer Ordnung dem die Einspritzmenge bestimmenden Glied aufgeschaltet wird. Da diese Maßnahmen jedoch eine Überfrachtung der Gasbetätigung mit Dämpfungsgliedern etc. bedeuten und nur mit hohem konstruktiven Aufwand realisiert werden können und darüber hinaus eine verzögerte Lastabgabe der Brennkraftmaschine bewirken (Totzeit), die bei Einsatz des Motors in einem Fahrzeug als unangenehm bemerkt wird, erscheint der Einsatz des aus der DE-OS bekannten Elektromagnetventils als sehr schnell schaltend als Kompromiß sinnvoll, mit dem eine schnelle Abschaltung der Abgasrückführung bei verkürzter verzögerter Lastabgabe erreicht wird.

Wie aus der bisherigen Beschreibung entnommen werden kann, ändern sich über den Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine ständig die Drücke im Luftansaugkanal und im Abgaskanal, so daß das aus der DE-OS bekannte Proportionalventil ständig unterschiedlich bestromt werden muß, um eine vorgegebene Rate der Abgasrückführung zu erreichen, wobei die hierfür benötigten elektromagnetischen Stellkräfte für die maximale möglichen Belastungen ausgelegt sein müssen, womit einmal große elektrische Energie bereitgestellt werden muß sowie großer Bauraum und Material.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Steuerventil der angegebenen Art derart zu gestalten, daß eine gegenüber anderen Steuerventilen schnellere Abschaltung erreicht werden kann, wobei gleichzeitig der Material-, Energie- und Bauraumaufwand für die Elektromagneteinrichtung verringert werden soll. Darüber hinaus soll das Steuerventil für eine Großserienfertigung ausgelegt sein, d. h. mit größtmöglicher Tolerierung aller Bauteilmaße.

Diese Aufgabe ist bei dem Steuerventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst worden. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der Erfindung erzielbare Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen angegeben, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Diese zeigt in Fig. 1 ein elektromagnetisches Steuerventil als Schnittbild und in Fig. 2 und 3 alternative Ausführungen, ebenfalls als Schnittbild.

Fig. 1 zeigt das Steuerventil 1, gebildet aus einem Gehäuse 2 mit einem Abgaskanal 3, der an eine nicht dargestellte Abgasleitung anschließbar ist. Der Abgaseinlaß 3 ist über zwei Ventile 4, 5, deren Ventilteller 6, 7 an einer gemeinsamen Stange 8 befestigt sind, mit einem Abgasauslaß 9 verbunden, der in ein Luftansaugrohr 10 einmündet, daß heißt, in der gezeigten Ausführung ist das Steuerventil 1 direkt an dem Luftansaugrohr 10 angeflanscht. Die Stange 8 mit den Ventiltellern 6, 7 ragt auf einer Seite in den Abgasauslaß 9 hinein und endet in einer Stellerkammer 11, in der ein elektromagnetischer Steller 12 angeordnet ist. Die Stange 8 ist in einer im Gehäuse 2 angeordneten Führungsbuchse 13 geführt und ist mit einer elastischen Membrane 14 verbunden, die die Stellerkammer 11 gegenüber dem Abgasauslaß 9 abdichtet. Die Stange 8 ist durch eine Feder 15 in Richtung auf den Steller 12 belastet.

In dem Abgasauslaß 9 ist eine Rippe 16 angeordnet, die von der Stange 8 durchragt wird, und dient zur Unterbrechung von Wärmestrahlen und darüber hinaus zur Verminderung von Schmutzablagerungen in der Stangenführungsbuchse 13.

Die Ventilteller 6, 7 werden von der Stange 8 gleichzeitig bewegt, wobei der an den Ventiltellern wirkende Abgasdruck und der Ansaugdruck wirkungsmäßig ohne Einfluß sind, da sich die Kräfte an den Ventiltellern 6, 7, da entgegengerichtet, aufheben.

Bei Motorbetrieb mit Abgasrückführung wird der elektromagnetische Steller 12 entsprechend einer geforderten Abgasrückführung bestromt, wodurch Magnetkraftlinien entstehen, die einen Anker anziehen. Dieser Bewegung folgt die unter der Kraft der Feder stehende Ventilstange 8, so daß beide Ventilteller 6, 7 von Ventilsitzen 17, 18 abheben und Abgas durch den Abgaskanal 3 und den Abgasauslaß 9 zum Luftansaugrohr 10 der Brennkraftmaschine strömen kann. Die beweglichen Teile des Stellers 12 sind in Leichtbau mit geringer Masse hergestellt, um geringste elektrische Energie für schnellste Verstellung zu benötigen.

Vorteil

Die erfindungsgemäße Ausführung läßt eine schnelle Verstellung der Ventilteller 6, 7 zu, so daß Laständerungen in kürzester Zeit erfolgen können, ohne daß untolerierbare Abgase oder Fahrfehler auftreten. Durch ausgeführten Leichtbau der beweglichen Teile und durch die Ventiltelleranordnung zur Ausbalancierung der Ventilkräfte, die durch die Druckdifferenz an den Ventiltellern verursacht werden, kann der elektromagnetische Steller minimiert werden.

Eine kugelkalottenförmige Ausführung von Ventiltellern und Ventilsitzen ermöglichen eine problemlose Fertigungsmontage.

Claims (4)

1. Elektromagnetisches Steuerventil für Abgasrückführung in die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine, gebildet aus einem Ventilteil, das mit einem Ventilteller in einen Abgaskanal hineinragt und dort mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und mit einem Ventilschaft durch eine Ventilführung hindurch aus dem Abgaskanal in eine Stellerkammer hineinragt,
in der ein elektromagnetischer Steller angeordnet ist, dessen Magnetanker auf eine Ventilstange einwirkt in der Art, daß das Ventil bei unbestromter Elektromagneteinrichtung unter Federkraftwirkung geschlossen und bei bestromter entgegen der Federkraftwirkung geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstange (8) zwei Ventilteller (6, 7) aufweist, die mit zwei Ventilsitzen (17, 18) zusammenwirken und gleichzeitig verstellt werden und die Ventilsitze (17, 18) öffnen oder schließen und die Verbindung zwischen Abgaseinlaß (3) und -auslaß (9) steuern.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stangenführungsbuchse (13) durch eine in dem Abgasauslaß (9) angeordnete Rippe (16) vor Wärmestrahlung und Verschmutzung geschützt ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasauslaß (9) direkt mit einem Luftansaugrohr (10) der Brennkraftmaschine verbunden ist.

4. Steuerventil nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstange/ Führungsbuchse (8/13) durch eine elastische Membrane (14) abgedichtet ist.