DE4424644C5

DE4424644C5 - Abgasrückführungsventil

Info

Publication number: DE4424644C5
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: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2014-07-14
Also published as: FR2722532A1; ITMI951371A1; DE4424644C1; ITMI951371A0; IT1277189B1; KR100378453B1; GB2291127B; GB9514152D0; GB2291127A; JPH0861160A; FR2722532B1

Abstract

Abgasrückführungsventil mit einer in einem Ansaugkanal angeordneten, abgasführenden Ventilhülse (34), die über einen im Wandbereich (36) des Ansaugkanals (14) ausgebildeten Stutzen (48) eine Kontaktfläche (54) mit dem Ansaugkanal (14) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal und der. Stutzen aus Kunststoff bestehen, die Ventilhülse (34) einem im Durchmesser kleineren Abschnitt (44) aufweist und der Stutzen (48) einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Abschnitts (44) aufweist, so daß sich zwischen Stutzen (48) und Abschnitt (44) ein Ringraum (56) bildet, der mit dem Ansaugkanal (14) in Verbindung steht und daß der Ventilhülse (34) Mittel zugeordnet sind, die eine Kühlung der Ventilhülse für den Kontaktbereich zwischen der Ventilhülse (34) und dem Ansaugkanal (14) ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungsventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Es ist bekannt, in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, die als Verbrennungskraftmaschine einen Dieselmotor verwenden, Abgasrückführungsventile einzusetzen. Diese dienen dazu, der Ansaugluft der Verbrennungskraftmaschine Abgas der Verbrennungskraftmaschine 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 vermindert wird. Ein solches Abgasrückführungsventil gemäß der Gattung 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 jedoch relativ kompliziert herzustellen, da für jeden Typ von Verbrennungskraftmaschine eine unterschiedliche Formgebung der Ansaugkanäle notwendig ist. Hierdurch entstehen zusätzliche Aufwendungen für die Herstellung der Ansaugkanäle aus Metallgußteilen. Aufgrund der hohen Temperatur bei der Abgasrückführung war der Einsatz von einfach und kostengünstig herzustellenden Kunststoffspritzteilen für die Ansaugkanäle nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrückführungsventil zu schaffen, bei dem weniger wärmebeständige Materialien wie Kunststoffe verwendbar sind, mit denen kostengünstige Kunststoffspritzteile für das Abgasrückführungsventil hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, daß der Ventilhülse des erfindungsgemäßen Abgasrückführungsventils 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 heruntergekühlt werden, daß der Einsatz von Kunststoff möglich wird. Hierdurch können die Ansaugkanäle in einfacher Weise als Kunststoffspritzteile gefertigt werden, wodurch deren Einsatz mit unterschiedlichster Geometrie bei den verschiedenen Typen von Verbrennungskraftmaschinen wesentlich vereinfacht wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ventilhülse außerhalb des Ansaugkanals von einem gut wärmeleitfähigen 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 Erfindung ist vorgesehen, daß die Ventilhülse ansaugseitig wenigstens ein Luftführungselement aufweist, das eine Ablenkung eines Teilluftstromes der Ansaugluft zu einer Berührungsfläche zwischen der Ventilhülse und dem Ansaugkanal bewirkt. Hiermit wird zusätzlich eine Kühlung des kritischen Berührungsbereiches zwischen der mit dem heißen Abgas beaufschlagten Ventilhülse und dem Ansaugkanal bewirkt, 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 verhindert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Übersicht einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung;
2 eine Schnittdarstellung eines Abgasrückführungsventils in einer ersten Ausführung und
3 eine Schnittdarstellung eines Abgasrückführungsventils in einer weiteren Ausführung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch die Wirkungsweise eines Abgasrückführungsventils 10. Es ist eine Zylinderkammer 12 einer Verbrennungskraftmaschine dargestellt. 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 Abgasrückführungsventil 10 wird über ein Schaltventil 22 angesteuert, das eine Vakuumquelle 24 mit einem Schaltmittel 26 des Abgasrückführungsventils 10 verbindet. Das Schaltventil 22 wird von einem Steuergerät 28 angesteuert, das mit einer Einspritzpumpe 30 und einem Gaspedal 32 des nicht dargestellten Kraftfahrzeugs 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 allgemein bekannte Verbrennungsprozeß statt, infolgedessen bei geöffnetem zweiten Ventil 18 das Abgas über den Abgaskanal 16 ausgestoßen wird.
Insbesondere bei Dieselmotoren enthalten die Verbrennungsabgase einen Anteil an Stickoxiden NO_x, die zu einer Umweltbelastung führen. Ein Teil des Abgases wird über den Bypaß 20 auf das Abgasrückführungsventil 10 geleitet, wobei das Abgas hier eine Temperatur von ca. 400°C aufweist. In Abhängigkeit des Motormanagements und des Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges, beispielsweise der Motordrehzahl, der Kühlmitteltemperatur des Ladedrucks wird von dem Steuergerät 28 ein Schaltimpuls für das Schaltventil 22 bereitgestellt, das somit das Schaltmittel 26 des Abgasrückführungsventils 10 betätigt. Infolgedessen öffnet das Abgasrückführungsventil 10 und stellt eine Verbindung zwischen 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 2 ist eine Schnittdarstellung eines Abgasrückführungsventils 10 dargestellt. Das Abgasrückführungsventil weist eine Ventilhülse 34 auf, die einen Wandbereich 36 des Ansaugkanals 14 durchgreift. 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 beidseitig des hier mit 36 bezeichneten Wandbereiches ein frischluftseitiger Bereich 38 und ein motorseitiger Bereich 40 des Ansaugkanals 14 anschließen.
Die Ventilhülse 34 besitzt einen durchmessergrößeren Abschnitt 42 und einen durchmesserkleineren 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 Abschnitt 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 wärmeleitenden 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 gröber als ein Außendurchmesser des durchmesserkleineren Abschnitts 44 der Ventilhülse 34, so daß sich im Bereich des Stutzens 48 eine Ringkammer 56 ausbildet. Die Ringkammer 56 steht mit dem Ansaugkanal 14 in Verbindung. An der Innenwandung des Stutzens 48 ist ein Luftführungselement 58 angeordnet, 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 verläuft 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 Ventilhülse 34 der in 1 gezeigte Bypaß 20 anschließbar. Auf seiten des Ansaugkanals 14 ist die Ventilhülse 34 durch einen Ventilring 70 verschlossen, der über eine Ventilstange 72 mit einer Membran 74 einer Druckdose 76 verbunden ist. Die Druckdose 76 bildet dabei das in 1 dargestellte 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 Ventilstange 72 ist durch eine Buchse 84 gelagert und in dieser dichtend und beweglich geführt.
Das in 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 Temperatur 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 Öffnungsdauer 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 kontinuierlich 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 Ventilhülse 34 geführt, so daß dieser die verbleibende Restwärme der Ventilhülse 34 zu großen Teilen abführt. Hierdurch wird die Ventilhülse 34, insbesondere in ihrer Kontaktfläche 54, mit dem aus Kunststoff bestehenden Wandabschnitt 36 soweit heruntergekühlt, daß die Ventilhülse dort eine Temperatur aufweist, die unter einer kritischen Temperatur, 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 herzustellenden Kunststoffspritzteil gefertigt werden, ohne daß eventuelle Verformungen und damit Beeinträchtigungen des Abgasrückführungsventils 10 eintreten.
In der 3 ist ein Abgasrückführungsventil 10 in einer weiteren Ausführungsvariante gezeigt. Gleiche Teile wie in 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und hier nicht nochmals erläutert. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel 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 ausgebildet. Der Ringraum 88 steht mit wenigstens einer Durchgangsöffnung 90 mit dem Ansaugkanal 14 in Verbindung. Hierbei ist wenigstens eine Durchgangsöffnung 90 in Richtung des Bereiches 38 und wenigstens eine Durchgangsöffnung 90 in Richtung des Bereiches 40 des Ansaugkanals 14 gerichtet.
Die Ventilfunktion des in 3 gezeigten Abgasrückführungsventils 10 ist die gleiche wie die zu 2 erläuterte und wird hier nicht nochmals dargelegt. Zu der ebenfalls zu 2 erläuterten Kühlung über den Flansch 50 ist hier eine zusätzliche Kühlung durch den Teilluftstrom 68 derart vorgesehen, daß dieser durch die in Richtung des Bereiches 38 des Ansaugkanals 14 gerichtete Durchgangsöffnung 90 in den Ringraum 88 eintritt. Dort umspült der Teilluftstrom 68 den Abschnitt 44 der Ventilhülse 34 und kühlt diese somit weiter herunter. Durch die in Richtung des Bereiches 40 gerichtete Durchgangsöffnung 90 tritt der Teilluftstrom 68 wieder in den Ansaugkanal 14 aus.
Insgesamt kann hiermit die Temperatur der Ventilhülse 34 in dem kritischen Berührungsbreich zwischen 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 dargestellten Ausführungsbeispiele. So ist jede beliebige Gestalt der Luftführungselemente 58 denkbar, die einen Teilluftstrom 68 von dem gesamten Frischluftstrom 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 Anordnung des Flansches 50 oder einer diesem entsprechenden 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

Abgasrückführungsventil mit einer in einem Ansaugkanal angeordneten, abgasführenden Ventilhülse (34), die über einen im Wandbereich (36) des Ansaugkanals (14) ausgebildeten Stutzen (48) eine Kontaktfläche (54) mit dem Ansaugkanal (14) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal und der. Stutzen aus Kunststoff bestehen, die Ventilhülse (34) einem im Durchmesser kleineren Abschnitt (44) aufweist und der Stutzen (48) einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Abschnitts (44) aufweist, so daß sich zwischen Stutzen (48) und Abschnitt (44) ein Ringraum (56) bildet, der mit dem Ansaugkanal (14) in Verbindung steht und daß der Ventilhülse (34) Mittel zugeordnet sind, die eine Kühlung der Ventilhülse für den Kontaktbereich zwischen der Ventilhülse (34) und dem Ansaugkanal (14) ermöglichen.
Abgasrückführungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (34) außerhalb des Ansaugkanals (14) von einem gut wärmeleitfähigen Flansch (50) umschlossen wird, der als Befestigungsmittel der Ventilhülse (34) an dem Ansaugkanal (14) dient.
Abgasrückführüngsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (50) und die Ventilhülse (34) nur eine kleine Kontaktfläche (54) mit dem Ansaugkanal (14) besitzen.
Abgasrückführungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (50) eine als Abstrahlfläche dienende, großflächige Ringschulter (51) aufweist.
Abgasrückführungsventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (34) ansaugseitig wenigstens ein Luftführungselement (58) aufweist, das eine Ablenkung eines Teilluftstromes (68) zu der Kontaktfläche (54) zwischen der Ventilhülse (34) und dem Ansaugkanal (14) bewirkt.
Abgasrückführungsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftführungselement (58) ein entgegen der Ansaugluftströmung weisender, wenigstens halbkreisförmig die Ventilhülse (34) umschließender Flügel (60) ist.
Abgasrückführungsventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (60) eine strömungsoptimierte Formgebung aufweist.
Abgasrückführungsventil nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel (60) eine Umlenkfläche (66) für den Teilluftstrom (68) aufweist.
Abgasrückführüngsventil nach einem der An sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftführungselement (58) durch eine Verlängerung (86) eines Wandbereiches (36) des Ansaugkanals (14) gebildet wird.
Abgasrückführungsventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung (86) die Ventilhülse (34) umschließt und einen Ringraum (88) ausbildet, der mit wenigstens einer Durchgangsöffnung (90) mit dem Ansaugkanal (14) in Verbindung steht.
Abgasrückführungsventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Durchmesser kleinere Abschnitt (44) der Ventilhülse (34) sich axial an den Kontaktbereich anschließt und den Wandbereich (36) des Ansaugkanals (14) durchgreift.