DE4338192C2 - Elektromagnetisches Steuerventil für Abgasrückführung - Google Patents

Description

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

Ein derartiges elektromagnetisches Steuerventil ist aus der DE 37 03 091 A1 als elektromagnetisches Proportionalventil bekannt, das seine Öffnung pro­ portional zum Steuersignal variieren kann.

Es ist bekannt (DE 30 43 752 C1), daß die Rückfüh­ rung von dem jeweiligen Betriebszustand der Brenn­ kraftmaschine angepaßten Abgasmengen eine wirksame Maßnahme darstellt, um umweltschädliche Anteile im Abgas einer Diesel-Brennkraftmaschine zu reduzie­ ren. Besonders läßt sich durch die Abgasrückführung eine Verminderung des Anteils an Stickoxiden im Ab­ gas erzielen. Es ist aber eine Einstellung und Steuerung der zusammen mit der Frischluftmenge und der eingespritzten Brennstoffmenge der Brennkraft­ maschine 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 28 49 507 A1 ist eine Einrichtung be­ kannt, die zur Steuerung der Abgasrückführmenge und der Einspritzmenge bei selbstzündenden Brennkraft­ maschinen dient. Hierbei ist im Lufteinlaßkanal eine willkürlich betätigbare Drosselklappe vorgese­ hen und ein pneumatisches Abgasrückführventil in einer den Abgas- mit dem Lufteinlaßkanal verbinden­ den 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 Die­ selmotor neigt zu steigender Rußbildung bei Vermin­ derung 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 Teil­ last benötigt, da hier ein hoher Luftüberschuß vor­ handen ist, und nimmt mit steigender Last ab. Führt man nun in der unteren Teillast Abgas in dem Maße zurück, daß ein Schadstoffemissionsminimum 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 30 43 752 C1 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 Übergangs­ funktion erster oder höherer Ordnung dem die Ein­ spritzmenge 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 (Tot­ zeit), die bei Einsatz des Motors in einem Fahrzeug als unangenehm bemerkt wird, erscheint der Einsatz des aus der DE 37 03 091 A1 bekannten Elektromagnetventils als sehr schnell schaltend als Kompromiß sinnvoll, mit dem eine schnelle Abschaltung der Abgasrückfüh­ rung bei verkürzter verzögerter Lastabgabe erreicht wird.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Steuerventil der angegebenen Art derart zu gestalten, daß eine ge­ genüber anderen Steuerventilen schnellere Abschal­ tung erreicht werden kann, wobei gleichzeitig der Material-, Energie- und Bauraumaufwand für die Elektromagneteinrichtung verringert werden soll. Darüber hinaus soll das Steuerventil für eine Groß­ serienfertigung ausgelegt sein, d. h. mit größtmög­ licher Tolerierung aller Bauteilmaße.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Steuerventil durch die im Kennzei­ chen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegen­ standes nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

Diese zeigt in Fig. 1 ein elektromagnetisches Steuerventil als Schnittbild und in den 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 be­ festigt 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 elektromagne­ tischer 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 bela­ stet.

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 wirkungs­ mäßig 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 Ma­ gnetkraftlinien entstehen, die einen Anker anzie­ hen. Dieser Bewegung folgt die unter der Kraft der Feder stehende Ventilstange 8, so daß beide Ventil­ teller 6, 7 von Ventilsitzen 17, 18 abheben und Ab­ gas durch den Abgaskanal 3 und den Abgasauslaß 9 zum Luftansaugrohr 10 der Brennkraftmaschine strö­ men kann. Die beweglichen Teile des Stellers 12 sind in Leichtbau mit geringer Masse hergestellt, um geringste elektrische Energie für schnellste Verstellung zu benötigen.

Die erfindungsgemäße Ausführung läßt eine schnelle Verstellung der Ventilteller 6, 7 zu, so daß Last­ änderungen in kürzester Zeit erfolgen können, ohne daß untolerierbare Abgase oder Fahrfehler auftre­ ten.

Durch ausgeführten Leichtbau der beweglichen Teile und durch die Ventiltelleranordnung zur Aus­ balancierung der Ventilkräfte, die durch die Druck­ differenz an den Ventiltellern verursacht werden, kann der elektromagnetische Steller minimiert wer­ den.

Eine kugelkalottenförmige Ausführung von Ventiltel­ lern und Ventilsitzen ermöglichen eine problemlose Fertigungsmontage.

Claims (4)

1. Elektromagnetisches Steuerventil für Ab­ gasrückführung in die Ansaugleitung einer Brenn­ kraftmaschine, gebildet aus einem Ventilteil, das mit einem Ventilteller in einen Abgaskanal hinein­ ragt 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 ein­ wirkt in der Art, daß das Ventil bei unbestromter Elektromagneteinrichtung unter Federkraftwirkung geschlossen und bei bestromter entgegen der Feder­ kraftwirkung geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstange (8) zwei Ventilteller (6, 7) aufweist, die mit zwei Ventilsitzen (17, 18) zusam­ menwirken 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 ge­ kennzeichnet, daß eine Stangenführungsbuchse (13) durch eine in dem Abgasauslaß (9) angeordnete Rippe (16) vor Wärmestrahlung und Verschmutzung geschützt ist.

3. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abgasauslaß (9) di­ rekt mit einem Luftansaugrohr (10) der Brennkraft­ maschine verbunden ist.

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil­ stange/Führungsbuchse (8/13) durch eine elastische Membrane (14) abgedichtet ist.