DE4424644C1

DE4424644C1 - Abgasrückführungsventil

Info

Publication number: DE4424644C1
Application number: DE4424644A
Authority: DE
Inventors: Bruno Hezel; Andreas-Bernd Rosenbusch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1994-07-13
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2014-07-14
Also published as: JPH0861160A; ITMI951371A0; GB2291127A; FR2722532B1; FR2722532A1; KR100378453B1; DE4424644C5; GB9514152D0; ITMI951371A1; IT1277189B1; GB2291127B

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Es ist bekannt, in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Kraftfahr zeugen, die als Verbrennungskraftmaschine einen Dieselmotor ver wenden, Abgasrückführungsventile einzusetzen. Diese dienen dazu, der Ansaugluft der Verbrennungskraftmaschine Abgas der Verbren nungskraftmaschine zuzumischen, um so den Sauerstoffanteil der Ansaugluft zu verringern. Infolgedessen kann eine Verringerung der bei dem Verbrennungsprozeß entstehenden Stickoxide erreicht werden, so daß eine Schadstoffemission des Kraftfahrzeuges ver mindert wird. Ein solches Abgasrückführungsventil gemäß der Gat tung des Patentanspruchs ist durch das deutsche Gebrauchsmuster DE-GM 93 13 431 bekannt. Bei diesem ist es jedoch nachteilig, da das zurückgeführte Abgas Temperaturen von ca. 400°C aufweist, daß der die Ansaugluft zur Verbrennungskraftmaschine führende Ansaugkanal aus einem wärmebeständigen Material bestehen muß. Üblicherweise werden hierzu Gußteile eingesetzt. Diese sind je doch relativ kompliziert herzustellen, da für jeden Typ von Ver brennungskraftmaschine eine unterschiedliche Formgebung der An saugkanäle notwendig ist. Hierdurch entstehen zusätzliche Auf wendungen für die Herstellung der Ansaugkanäle aus Metallgußtei len. Aufgrund der hohen Temperatur bei der Abgasrückführung war der Einsatz von einfach und kostengünstig herzustellenden Kunst stoffspritzteilen für die Ansaugkanäle nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrück führungsventil zu schaffen, bei dem weniger wärmebeständige Materialien wie Kunststoffe verwendbar sind, mit denen kostengünstige Kunst stoffspritzteile für das Abgasrückführungsventil hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß der Ventilhülse des erfindungsgemäßen Abgasrückfüh rungsventils mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen Mittel zugeordnet sind, die eine Kühlung der Ventilhülse, insbesondere im Kontaktbereich zwischen der Ventilhülse und dem Ansaugkanal ermöglichen, kann dieser besonders kritische Bereich so herun tergekühlt werden, daß der Einsatz von Kunststoff möglich wird. Hierdurch können die Ansaugkanäle in einfacher Weise als Kunst stoffspritzteile gefertigt werden, wodurch deren Einsatz mit un terschiedlichster Geometrie bei den verschiedenen Typen von Ver brennungskraftmaschinen wesentlich vereinfacht wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ventilhülse außerhalb des Ansaugkanals von einem gut wärme leitfähigen Flansch umschlossen wird, der als Befestigungsmittel der Ventilhülse an dem Ansaugkanal dient. Hierdurch wird es vorteilhaft möglich, die mit dem Abgas herangeführte Wärme über die Ventilhülse an den Flansch abzuleiten, so daß diese dort großflächig abgestrahlt werden kann. Somit wird vermieden, daß die Kunststoffteile des Ansaugkanals mit einer hohen Temperatur beaufschlagt werden, da diese durch die Wärmeabstrahlung bereits unter einen kritischen Wert abgesenkt wurde.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfin dung ist vorgesehen, daß die Ventilhülse ansaug seitig wenigstens ein Luftführungselement aufweist, das eine Ablenkung eines Teilluftstromes der An saugluft zu einer Berührungsfläche zwischen der Ventilhülse und dem Ansaugkanal bewirkt. Hiermit wird zusätzlich eine Kühlung des kritischen Be rührungsbereiches zwischen der mit dem heißen Abgas beaufschlagten Ventilhülse und dem Ansaugkanal be wirkt, so daß überschüssige Wärmeenergie, die von dem Befestigungsflansch nicht abgestrahlt wurde, von dem Teilluftstrom aufgenommen und von der Ventilhülse abgeführt werden kann. Somit wird ein Überschreiten einer kritischen Temperatur für das Kunststoffmaterial des Ansaugkanals sicher ver hindert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Übersicht einer Brenn kraftmaschine mit Abgasrückführung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Abgasrück führungsventils in einer ersten Ausführung und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines Abgasrück führungsventils in einer weiteren Ausführung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt schematisch die Wirkungsweise eines Abgasrückführungsventils 10. Es ist eine Zylinder kammer 12 einer Verbrennungskraftmaschine darge stellt. Die Zylinderkammer 12 ist einerseits mit einem Ansaugkanal 14 und andererseits mit einem Abgaskanal 16 verbunden. Der Ansaugkanal 14 bzw. der Abgaskanal 16 werden in allgemein bekannter Weise über Ventile 18 mit der Zylinderkammer 12 verbunden. Von dem Abgaskanal 16 führt ein Bypass 20 zu dem Ansaugkanal 14. In diesem Bypass 20 ist das Abgasrückführungsventil 10 angeordnet, das somit die Verbindung des Bypasses 20 zu dem Abgaskanal 14 öffnen bzw. schließen kann. Das Abgasrückführungs ventil 10 wird über ein Schaltventil 22 ange steuert, das eine Vakuumquelle 24 mit einem Schalt mittel 26 des Abgasrückführungsventils 10 verbin det. Das Schaltventil 22 wird von einem Steuergerät 28 angesteuert, das mit einer Einspritzpumpe 30 und einem Gaspedal 32 des nicht dargestellten Kraft fahrzeugs verbunden ist: Während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine wird über den Ansaugkanal 14 Frischluft angesaugt, in die Kraftstoff einge spritzt wird und die bei geöffnetem Ventil 18 in die Zylinderkammer strömt. Dort findet der allge mein bekannte Verbrennungsprozeß statt, infolgedes sen bei geöffnetem zweiten Ventil 18 das Abgas über den Abgaskanal 16 ausgestoßen wird.

Insbesondere bei Dieselmotoren enthalten die Ver brennungsabgase einen Anteil an Stickoxiden NO_x, die zu einer Umweltbelastung führen. Ein Teil des Abgases wird über den Bypass 20 auf das Abgas rückführungsventil 10 geleitet, wobei das Abgas hier eine Temperatur von ca. 400°C aufweist. In Abhängigkeit des Motormanagements und des Betriebs Zustandes des Kraftfahrzeuges, beispielsweise der Motordrehzahl, der Kühlmitteltemperatur des Lade drucks wird von dem Steuergerät 28 ein Schaltimpuls für das Schaltventil 22 bereitgestellt, das somit das Schaltmittel 26 des Abgasrückführungsventils 10 betätigt. Infolgedessen öffnet das Abgasrück führungsventil 10 und stellt eine Verbindung zwi schen dem Bypass 20 und dem Ansaugkanal 14 her, so daß über den Bypass 20 ein Teilstrom des Abgases der Frischluft beigemischt werden kann. Hierdurch wird der Sauerstoffanteil in der Frischluft verringert, so daß bei den Verbrennungsprozessen eine geringere Menge an Stickoxiden entsteht. Somit findet eine Entlastung der Umwelt statt.

In Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung eines Abgas rückführungsventils 10 dargestellt. Das Abgasrück führungsventil weist eine Ventilhülse 34 auf, die einen Wandbereich 36 des Ansaugkanals 14 durch greift. Der Wandbereich 36 kann dabei unmittelbarer Bestandteil des Ansaugkanals 14 sein, kann jedoch auch als separate Hülse in einen Ansaugkanal 14 eingepaßt sein. In diesem Falle würden sich beid seitig des hier mit 36 bezeichneten Wandbereiches ein frischluftseitiger Bereich 38 und ein motor seitiger Bereich 40 des Ansaugkanals 14 an schließen.

Die Ventilhülse 34 besitzt einen durchmesser größeren Abschnitt 42 und einen durchmesserklei neren Abschnitt 44, die über eine Ringstufe 46 ineinander übergehen. Der Wandbereich 36 bildet einen Stutzen 48 aus, durch den die Ventilhülse 34 geführt ist. Der Abschnitt 42 der Ventilhülse 34 wird von einem Flansch 50 umgriffen, der an dem Stutzen 48 befestigt ist. Der Flansch 50 hält somit die Ventilhülse 34 in einer festen Position. Zwischen der Ventilhülse 34, insbesondere dem Ab schnitt 42 und dem Flansch 50, ist eine große Kontaktfläche 52 ausgebildet, die einerseits für eine genügende Lagefixierung der Ventilhülse 34 und andererseits für eine große Wärmeübergangsfläche sorgt. Der Flansch 50 besteht aus einem gut wärme leitenden Material, beispielsweise Aluminium, und besitzt eine großflächige Ringschulter 51. Zwischen dem Abschnitt 42 und dem Stutzen 48 besteht nur eine relativ kleine Kontaktfläche 54, so daß hier keine große Wärmeübergangsfläche zur Verfügung steht. Ein Innendurchmesser des Stutzens 48 ist größer als ein Außendurchmesser des durchmesser kleineren Abschnitts 44 der Ventilhülse 34, so daß sich im Bereich des Stutzens 48 eine Ringkammer 56 ausbildet. Die Ringkammer 56 steht mit dem Ansaug kanal 14 in Verbindung. An der Innenwandung des Stutzens 48 ist ein Luftführungselement 58 ange ordnet, das als Flügel 60 ausgebildet ist. Der Flügel 60 umgreift dabei die Ventilhülse 34 in deren Abschnitt 44 wenigstens bis zu einer Axialen 62 der Ventilhülse 34. Der Flügel 60 ist dabei strömungsoptimiert ausgebildet. Der Flügel 60 ver läuft in etwa parallel zu einer Axialen 64 des Ansaugkanals 14 und endet etwa im Bereich der Axialen 62 an dem Stutzen 48. Hierbei bildet der Flügel 60 eine Umlenkfläche 66 aus. Durch den Flügel 60 und dessen Umlenkfläche 66 wird ein hier mit den Pfeilen 68 gekennzeichneter Teilluftstrom der den Ansaugkanal 14 passierenden Frischluft in die Ringkammer 56 geleitet. Der Teilluftstrom 68 umspült den Abschnitt 44 der Ventilhülse 34 und tritt dann aus der Ringkammer 56 wieder in den Ansaugkanal 14 aus. Flanschseitig ist an die Ven tilhülse 34 der in Fig. 1 gezeigte Bypass 20 anschließbar. Auf seiten des Ansaugkanals 14 ist die Ventilhülse 34 durch einen Ventilring 70 ver schlossen, der über eine Ventilstange 72 mit einer Membran 74 einer Druckdose 76 verbunden ist. Die Druckdose 76 bildet dabei das in Fig. 1 dar gestellte Schaltmittel 26. Die Membran 74 ist gegen die Kraft einer Feder 78 axial bewegbar. Die Feder 78 stützt sich dabei an einem Membrandeckel 80 ab. Die Ventilstange 72 ist mit einem Membranteller 82 verbunden, der die Membran 74 trägt. Die Ventil stange 72 ist durch eine Buchse 84 gelagert und in dieser dichtend und beweglich geführt.

Das in Fig. 2 gezeigte Abgasrückführungsventil 10 übt folgende Funktion aus:
Beim Betrieb der nicht dargestellten Brennkraftmaschine wird die Ventilhülse 34 ständig über den Bypass 20 mit Abgas beaufschlagt, das eine Tempera tur von ca. 400°c aufweist. Soll der in den An saugkanal 14 strömenden Frischluft Abgas zugemischt werden, wird die Druckdose 76 mit der Vakuumquelle 24 verbunden, so daß die Membran 74 gegen die Kraft der Feder 78 bewegt wird. Gleichzeitig öffnet der Ventilring 70, so daß eine Verbindung zwischen der Ventilhülse 44 und dem Ansaugkanal 14 entsteht. Entsprechend dem Öffnungsgrad und/oder der Öff nungsdauer des Ventilrings 70 kann eine bestimmte wählbare Menge an Abgas der Frischluft zugemischt werden. Indem die Druckdose 76 von der Vakuumquelle 24 getrennt wird, drückt die Feder 78 die Membran 74 in axialer Richtung, so daß der Ventilring 70 die Ventilhülse 34 wiederum verschließt.

Das ca. 400°C heiße Abgas gibt seine Wärmeenergie zu großen Teilen an die Ventilhülse 34 ab. Über die Kontaktfläche 52 wird ein Großteil der Wärme auf den Flansch 50 abgeleitet. Dieser weist eine große Abstrahlfläche auf, so daß die Ventilhülse 34 kon tinuierlich dem Abgas Wärmeenergie entziehen kann. Weiterhin wird der Teilluftstrom 68, der eine niedrigere Temperatur, nämlich die Temperatur der Frischluft, aufweist um den Abschnitt 44 der Ven tilhülse 34 geführt, so daß dieser die verbleibende Restwärme der Ventilhülse 34 zu großen Teilen abführt. Hierdurch wird die Ventilhülse 34, insbe sondere in ihrer Kontaktfläche 54, mit dem aus Kunststoff bestehenden Wandabschnitt 36 soweit her untergekühlt, daß die Ventilhülse dort eine Tempe ratur aufweist, die unter einer kritischen Tempe ratur, insbesondere unter einer Schmelztemperatur des verwendeten Kunststoffs liegt. Somit kann trotz des heißen Abgases der Wandabschnitt 36 bzw. der gesamte Abgaskanal 14 aus einem kostengünstig her zustellenden Kunststoffspritzteil gefertigt werden, ohne daß eventuelle Verformungen und damit Beein trächtigungen des Abgasrückführungsventils 10 ein treten.

In der Fig. 3 ist ein Abgasrückführungsventil 10 in einer weiteren Ausführungsvariante gezeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und hier nicht nochmals erläutert. In dem hier gezeigten Ausführungs beispiel wird das Luftführungselement 58 durch eine hülsenförmige Verlängerung 86 des Stutzens 48 gebildet, die den Abschnitt 44 der Ventilhülse 34 umgreift. Zwischen der Verlängerung 86 und der Ventilhülse 34 wird dabei ein Ringraum 88 aus gebildet. Der Ringraum 88 steht mit wenigstens einer Durchgangsöffnung 90 mit dem Ansaugkanal 14 in Verbindung. Hierbei ist wenigstens eine Durch gangsöffnung 90 in Richtung des Bereiches 38 und wenigstens eine Durchgangsöffnung 90 in Richtung des Bereiches 40 des Ansaugkanals 14 gerichtet.

Die Ventilfunktion des in Fig. 3 gezeigten Abgas rückführungsventils 10 ist die gleiche wie die zu Fig. 2 erläuterte und wird hier nicht nochmals dargelegt. Zu der ebenfalls zu Fig. 2 erläuterten Kühlung über den Flansch 50 ist hier eine zu sätzliche Kühlung durch den Teilluftstrom 68 derart vorgesehen, daß dieser durch die in Richtung des Bereiches 38 des Ansaugkanals 14 gerichtete Durch gangsöffnung 90 in den Ringraum 88 eintritt. Dort umspült der Teilluftstrom 68 den Abschnitt 44 der Ventilhülse 34 und kühlt diese somit weiter her unter. Durch die in Richtung des Bereiches 40 gerichtete Durchgangsöffnung 90 tritt der Teilluft strom 68 wieder in den Ansaugkanal 14 aus.

Insgesamt kann hiermit die Temperatur der Ventil hülse 34 in dem kritischen Berührungsbereich zwi schen der Ventilhülse 34 und dem Wandbereich 36 soweit herabgesenkt werden, daß eine thermische Schädigung des Kunststoffs nicht eintritt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die darge stellten Ausführungsbeispiele. So ist jede belie bige Gestalt der Luftführungselemente 58 denkbar, die einen Teilluftstrom 68 von dem gesamten Frisch luftstrom abzweigt und diesen zur Kühlung des Übergangsbereiches zwischen der Ventilhülse 34 und dem Wandbereich 36 ausnützt. Insbesondere können dies beliebige Anformungen an die Innenwandung des Wandbereiches 36 im Bereich des Stutzens 48 sein. Zusätzlich oder auch ausschließlich kann die Anord nung des Flansches 50 oder einer diesem ent sprechenden Anordnung sein, der einerseits eine so große Kontaktfläche mit der Ventilhülse 34 und andererseits eine so große Abstrahlfläche besitzt, daß eine ausreichend große Wärmeabführung aus dem Abgas erfolgen kann.

Claims

1. Abgasrückführungsventil mit einer in einem An saugkanal angeordneten, abgasführenden Ventilhülse, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilhülse (34) Mittel zugeordnet sind, die eine Kühlung der Ven tilhülse (34), insbesondere in einem Kontaktbereich zwischen der Ventilhülse (34) und dem Ansaugkanal (14) ermöglichen.

2. Abgasrückführungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (34) außerhalb des Ansaugkanals (14) von einem gut wärmeleit fähigen Flansch (50) umschlossen wird, der als Be festigungsmittel der Ventilhülse (34) an dem An saugkanal (14) dient.

3. Abgasrückführungsventil nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (50) und die Ventilhülse (34) nur eine kleine Kontaktfläche (54) mit dem Ansaugkanal (14) besitzen.

4. Abgasrückführungsventil nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (50) eine als Abstrahlfläche dienende, großflächige Ringschulter (51) aufweist.

5. Abgasrückführungsventil nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (34) ansaugseitig wenigstens ein Luft führungselement (58) aufweist, das eine Ablenkung eines Teilluftstromes (68) zu der Kontaktfläche (54) zwischen der Ventilhülse (34) und dem Ansaug kanal (14) bewirkt.

6. Abgasrückführungsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftführungselement (58) ein entgegen der Ansaugluftströmung weisender, wenigstens halbkreisförmig die Ventilhülse (34) um schließender Flügel (60) ist.

7. Abgasrückführungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (60) eine strömungs optimierte Formgebung aufweist.

8. Abgasrückführungsventil nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (60) eine Umlenkfläche (66) für den Teilluftstrom (68) aufweist.

9. Abgasrückführungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luft führungselement (58) durch eine Verlängerung (86) eines Wandbereiches (36) des Ansaugkanals (14) ge bildet wird.

10. Abgasrückführungsventil nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (86) die Ventilhülse (34) umschließt und einen Ringraum (88) ausbildet, der mit wenigstens einer Durchgangs öffnung (90) mit dem Ansaugkanal (14) in Verbindung steht.

11. Abgasrückführungsventil nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (34) in axialer Richtung einen durch messerkleineren Abschnitt (44) aufweist, der den Wandbereich (36) des Ansaugkanals (14) durchgreift.

12. Abgasrückführungsventil nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet, daß der Wandbereich (36) einen Stutzen (48) ausbildet, der einen größeren Innendurchmesser besitzt als ein Außendurchmesser des Abschnitts (44) der Ventilhülse (34).

13. Abgasrückführungsventil nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stutzen (48) und dem Abschnitt (44) eine Ringkammer (56) ausgebildet ist, die mit dem Ansaugkanal (14) in Verbindung steht.