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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein Abgasrückführungs-(AGR-)Modul
für Kraftfahrzeuge
und spezieller ein AGR-Modul, bei dem ein elektrisches Vakuumregelventil
(EVR-Ventil) und ein Differenzdrucksensor (Differential Pressure
Sensor, DP-Sensor) in einer einzigen Baugruppe kombiniert sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
wurden verschiedene Systeme entwickelt, um die Emission von unerwünschten
Verbrennungsprodukten wie etwa Stickoxiden (NOX) aus Verbrennungskraftmaschinen
zu verringern. Ein solches System ist das AGR-System. In AGR-Systemen wird
ein Teil der Motorabgase in den Ansaugkrümmer zurückgeführt, wo sie sich mit ankommender
Luft mischen. Das Gemisch der Abgase mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch
in den Motorzylindern sorgt für niedrigere
Spitzentemperaturen während
der Verbrennung, was eine Verringerung der Menge der erzeugten NOX
zur Folge hat.
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Bekannte
AGR-Systeme verwenden ein AGR-Rohr, um einen Teil der Abgase aus
einem Motor zurück
in den Ansaugkrümmer
des Motors umzuleiten. Ein unterdruckbetätigtes AGR-Ventil ist zwischen
dem AGR-Rohr und dem Ansaugkrümmer
angeordnet, um den Strom von Abgasen in den Krümmer zu regeln. Der Ansaugkrümmer liefert
die Unterdruckquelle für
die Betätigung
des AGR-Ventils.
Ein erster Schlauch verbindet den Krümmer mit einem EVR-Ventil,
und ein zweiter Schlauch verbindet das EVR-Ventil mit dem AGR-Ventil.
Das EVR-Ventil empfängt
ein Steuersignal von der Motorsteuerung (Engine Control Unit, ECU)
und regelt den Wert des Unterdruckes, der dem AGR-Ventil zugeführt wird, welches
wiederum den Strom von Abgasen in den Ansaugkrümmer begrenzt.
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Die
ECU berechnet das EVR-Steuersignal auf der Basis einer Messung des
Differenzdruckes der Abgase zwischen zwei Punkten in dem AGR-Rohr.
Der Differenzdruck spiegelt die Menge des Stroms von Abgasen in
dem System wider. Der Druckmesswert wird mit Hilfe eines DP-Sensors
erhalten. Der DP-Sensor funktioniert auf die Weise, dass er den
Druck der Abgase an Stellen auf beiden Seiten einer Durchflussverengung
oder Lochblende in dem AGR-Rohr misst. Der DP-Sensor bestimmt kontinuierlich
einen Differenzdruckwert für
die Abgase und liefert der ECU entsprechende elektronische Daten.
Die ECU verwendet dann diese Daten, um das EVR-Steuersignal zu berechnen.
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Mit
den bekannten AGR-Systemen sind verschiedene Nachteile verbunden.
Die einzelnen Sensoren und Aktoren, die in diesen Systemen verwendet
werden, erfordern jeweils Halterungen, elektrische Anschlüsse sowie
Einlass- und Auslassschläuche.
Ferner erfordern die DP-Lochblende und die Schlauchanschlüsse an dem
AGR-Rohr zusätzliche Fertigungsschritte
bei der Herstellung des Rohres. Schließlich müssen die Komponenten, die sich
in der Nähe
der Abgasanlage befinden, aus speziellen wärmebeständigen Werkstoffen hergestellt
werden, damit sie der von den Abgasen erzeugten Wärme standhalten
können.
Die zusätzlichen
spezialisierten Teile und die hinzukommenden Fertigungs- und Montageschritte
haben hohe Produktionskosten zur Folge.
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US-A-4
566 423 beschreibt ein AGR-Ventil mit elektronischer Rückführung.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch
die vorliegende Erfindung wird ein Systemmodul bereitgestellt, welches
ein AGR-System, ein EVR-Ventil und einen DP-Sensor zu einer einzigen
Einheit integriert. Dieses Systemmodul kann direkt an einem Ansaugkrümmer einer
Verbrennungskraftmaschine angebracht werden. Außerdem kann ein einziger, gemeinsamer
Kanal am Ansaugkrümmer
einen Vakuum-Eingangsanschluss
für das EVR-Ventil
und den DP-Sensor des Systemmoduls zur Verfügung stellen.
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Der
DP-Sensor misst die Abgas-Druckdifferenz an Stellen stromaufwärts und
stromabwärts
einer Lochblende, welche in einer Dichtung ausgebildet sein kann,
die das AGR-Ventil zum Ansaugkrümmer
hin abdichtet. Die stromaufwärts
angeordnete Messstelle befindet sich in einem AGR-Gehäuse, und
die stromabwärts
angeordnete Messstelle befindet sich im Ansaugkrümmer. Beide Lochblenden sind stromabwärts des
AGR-Ventils angeordnet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Abgasrückführungs-Modul
bereitgestellt, welches umfasst:
eine Ventilbaugruppe, die
ein Gehäuse
mit einem Durchflusskanal aufweist und eine Düsennadel aufweist, welche einen
Strom von Abgasen durch den Durchflusskanal hindurch steuert, wobei
die Abgase einen Druck aufweisen;
einen Drucksensor, der mit
der Ventilbaugruppe gekoppelt ist; und
einen Druckkommunikationsweg,
der für
eine Fließverbindung
zwischen dem Durchflusskanal und dem Drucksensor sorgt, wobei über den
Druckkommunikationsweg der Druck der Abgase dem Drucksensor kommuniziert
wird, wobei die Ventilbaugruppe ferner einen Fluiddruck-Aktor aufweist,
der mit der Düsennadel
in Wirkverbindung steht, wobei das Abgasrückführungs-Modul ferner einen elektrischen
Vakuumregler umfasst, der mit dem Fluiddruck-Aktor in Fließverbindung
steht, und dadurch gekennzeichnet ist, dass der Drucksensor, der
elektrische Vakuumregler und der Fluiddruck-Aktor in eine einzige
Einheit integriert und in dieser fixiert sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, welche mit in diese Anmeldung einbezogen sind und einen
Bestandteil dieser Patentbeschreibung darstellen, zeigen gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der weiter oben gegebenen
allgemeinen Beschreibung und der weiter unten gegebenen ausführlichen
Beschreibung dazu, Merkmale der Erfindung zu erläutern.
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1 ist
eine Vorderansicht eines AGR-System-Moduls gemäß der beanspruchten Erfindung.
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2 ist
eine Seitenansicht des in 1 dargestellten AGR-System-Moduls
von links.
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3 ist
eine Seitenansicht des in 1 dargestellten AGR-System-Moduls
von rechts.
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4 ist
eine Draufsicht des in 1 dargestellten AGR-System-Moduls.
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5 ist
eine Schnittdarstellung entlang der Linie V-V in 4.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Die 1–5 zeigen
ein AGR-System-Modul 10, das ein Gehäuseoberteil 12 aufweist, das
mit einem EVR-Ventil 50 und einem DP-Sensor 60 verbunden
ist und aus einem Stück
besteht. Das EVR-Ventil 50 weist eine Kappe 52 mit
einem Filter innerhalb der Kappe 52 auf. Das EVR-Ventil 50 und der
DP-Sensor 60 stehen über
eine Verbindung 70 in Fließverbindung. Der DP-Sensor 60 ist über Montageschienen 14 an
das Gehäuseoberteil 12 angebaut. Ein
mehrpoliger Verbinder 62 zum elektrischen Verbinden des
AGR-System-Moduls 10 mit einer ECU (nicht dargestellt)
kann an den DP-Sensor 60 angeformt sein.
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Beispiele
von EVR-Ventilen, welche verwendet werden können, werden in den an denselben Zessionar
abgetretenen US-Patentschriften 5,448,981,
das Cook et al. erteilt wurde, und 5,967,172, das Cook erteilt wurde,
beschrieben, welche in ihrer Gesamtheit durch Querverweis in die
vorliegende Patentanmeldung einbezogen sind.
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Das
AGR-System-Modul 10 enthält ein AGR-Gehäuse 16,
welches über
eine Kappe 18 an das Gehäuseoberteil 12 angebaut
ist. Laschen 20 an der Kappe 18 können so
verformt werden, dass sie das Gehäuseoberteil 12 umklammern.
Diese Anordnung ermöglicht
es, dass das Gehäuseoberteil 12 während des
Zusammenbaus in eine gewünschte Winkelposition
bezüglich
des AGR-Gehäuses 16 gedreht
wird. Somit können
das EVR-Ventil 50 und der DP-Sensor 60 in dem
fertig gestellten AGR-System-Modul wie gewünscht ausgerichtet werden.
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Das
AGR-Gehäuse 16 enthält einen
Abgaseinlass 22, welcher so beschaffen ist, dass er an eine
Abgaszuführung
(nicht dargestellt) angeschlossen werden kann, und einen Abgasauslass 24,
welcher so beschaffen ist, dass er an einen Ansaugkrümmer (nicht
dargestellt) angeschlossen werden kann. Eine Dichtungs-Blende 26 kann
an dem Abgasauslass 24 angeordnet sein, um eine Druckdifferenz
auf beiden Seiten der Dichtungs-Blende 26 aufzubauen und
eine Abdichtung für
den Anschluss an das AGR-Gehäuse 16 zu
gewährleisten.
Insbesondere kann die Dichtungs-Blende 26 als
eine dünne Dichtung
ausgebildet sein, welche das AGR-Gehäuse 16 bezüglich des
Ansaugkrümmers
(nicht dargestellt) abdichtet. Die Dichtungs-Blende 26 kann
aus nichtrostendem Stahl hergestellt sein, was für Dimensionsstabilität bei hohen
Temperaturen sorgt. Natürlich
können
auch andere Werkstoffe verwendet werden, die ähnliche Eigenschaften aufweisen.
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Der
relative Abstand zwischen einer Düsennadel 28 und einem
Sitz 30 regelt den Durchfluss von Abgas vom Einlass 22 zum
Auslass 24. Die Düsennadel 28 ist
mittels eines Lagers 32 verschiebbar bezüglich des
AGR-Gehäuses 16 gelagert.
Eine Schaftabschirmung 34 kann das Lager 32 vor
einem Kontakt mit heißen
Abgasen schützen.
Die Düsennadel 28 ist
mit einer Membran 36 verbunden, welche um ihren Umfang
herum zwischen dem Gehäuseoberteil 12 und
der Kappe 18 festgeklemmt ist. Die Membran 36 dient
als eine Aktor-Wand, welche in Reaktion auf Unterdruck in einer
Kammer 38 beweglich ist. Bekanntlich stellt der Ansaugkrümmer (nicht
dargestellt) die Quelle des Unterdruckes für die Kammer 38 dar. Eine
Feder 40 erzeugt normalerweise eine Vorbelastung der Membran 36 und
der Düsennadel 28 in Richtung
einer geschlossenen Position bezüglich des
Sitzes 30.
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Der
DP-Sensor 60 misst den Druck auf beiden Seiten der Dichtungs-Blende 26.
Ein innerer Durchlass 42, welcher sich durch das AGR-Gehäuse 16 hindurch
erstreckt, und ein Schlauch 44 liefern dem DP-Sensor 60 das
Drucksignal von der stromaufwärts
befindlichen Seite, d.h. von der Abgaskrümmer-Seite, der Dichtungs-Blende 26.
Der innere Durchlass 42 befindet sich gegenüber dem
Auslass 24 und ist bezüglich
der Dichtungs-Blende 26 ausgerichtet. Diese Anordnung stellt
eine höhere
Genauigkeit beim Ablesen des AGR-Durchflusses sicher und vereinfacht
den Herstellungsprozess, da die Bohrungen für den Auslass 24 und
den inneren Durchlass 42 in einem einzigen Arbeitsgang
bearbeitet werden können.
Es wurde festgestellt, dass der optimale Bereich für den Abstand "X" (siehe 5) zwischen der
Dichtungs-Blende 26 und dem inneren Durchlass 42 der
Bereich von ungefähr
15 bis 25 Millimeter ist.
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Der
DP-Sensor 60 kann auf der stromabwärts befindlichen Seite der
Dichtungs-Blende 26 direkt an den Ansaugkrümmer (nicht
dargestellt) angeschlossen werden. Der DP-Sensor 60 und
das EVR-Ventil 50 können
beide an den Ansaugkrümmer (nicht
dargestellt) über
einen gemeinsamen Kanal angeschlossen werden, welcher eine Unterdruckquelle
sowohl für
die Kammer 38 (entsprechend der Regelung durch das EVR-Ventil 50)
als auch für
den DP-Sensor 60 zur Verfügung stellt.
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Der
DP-Sensor 60 berechnet kontinuierlich einen Wert der Druckdifferenz
auf beiden Seiten der Dichtungs-Blende 26 und liefert diese
Daten an die ECU (nicht dargestellt), welche diese Daten verwendet,
um ein EVR-Steuersignal zu berechnen.