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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell Abgasrückführsysteme für Brennkraftmaschinen, genauer
gesagt ein verbessertes Abgasrückführsystem mit
einem integrierten Ventilpositionssensor.
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Abgasrückführventile
(EGR-Ventile) finden zum Steuern der Rückführung eines Teiles des von einer
Brennkraftmaschine erzeugten Abgases, das durch den Abgasstrang
zurück
in die Verbrennungskammer über
den Einlassstrang strömt,
Verwendung. Mit der Rückführung von
Abgasen in das Luft/Kraftstoff-Gemisch am Einlass der Brennkraftmaschine
ist eine Verringerung der Konzentration von schädlichen Stickoxiden in den
Abgasen, die von der Brennkraftmaschine abgegeben werden, möglich. Aus
diesem Grund wird daher eine Abgasrückführung typischerweise bei Benzinmotoren
durchgeführt,
wenn der Motor mit teilweise geöffneter
Drosselklappe oder beträchtlich
geöffneter
Drosselklappe arbeitet. Genauer gesagt, während Leerlaufbedingungen werden
vernachlässigbar
kleine Mengen an Stickoxiden in den Verbrennungskammern des Motors
erzeugt, so dass daher nur ein geringer oder überhaupt kein Bedarf nach einer
Rückführung der
Abgase in das Luft/Kraftstoff-Gemisch besteht. Andererseits wird
bei teilweise geöffneter
Drosselklappe oder beträchtlich
geöffneter
Drosselklappe die Drosselklappe, die die Einlassluft in die Brennkraftmaschine
steuert, in einer weiter geöffneten
Position gehalten, so dass ausreichend Luft dem Kraftstoff beigemischt
werden kann. Gleichzeitig ist es während diesen Betriebsbedingungen üblich, Abgase
in das Luft/Kraftstoff-Gemisch zurückzuführen und auf diese Weise die
schädlichen Emissionen
der Brennkraftmaschine zu reduzieren.
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Bei
Dieselmotoren findet eine Abgasrückführung üblicherweise
bei lastfreien Zuständen
(Leerlauf) bis Zuständen
mittlerer Last Anwendung. In nahezu allen Fällen, d.h. Benzin- und Dieselmotoren, wird
die Abgasrückführung gestoppt,
wenn Volllastbedingungen erreicht werden.
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Die
Funktionsweise des EGR-Ventils und somit die Menge des rückgeführten Abgases
wird oft von einem elektrisch betätigten Vakuumregler (EVR) sowie
einem Differenzdrucksensor, der auch als Deltadrucksensor bekannt
ist, gesteuert. Signale zu diesen Komponenten und von denselben
werden von einem Motorsteuermodul (ECM) gesteuert. Wirksame Steuerung
und gleichzeitige Koordinierung der diversen EGR-Komponenten stellen
einige schwierige Herausforderungen dar. Genauer gesagt, es ist
wichtig, das EGR-Ventil genau zu steuern, so dass die NOx-Emissionen optimal minimiert werden können. Je
mehr Komponenten zum wirksamen Verwirklichen einer Abgasrückführung verwendet
werden, desto länger
ist die Ansprechzeit des Systems und desto schwieriger und teurer
ist es, den Prozess zu steuern. Bei dem Stand der Technik sind das
EGR-Ventil, der EVR und der Deltadruck sensor typischerweise getrennte
Komponenten, die an verschiedenen Stellen am Motor montiert und über flexible
oder harte Leitungen verbunden sind, was als Montage an Bord bezeichnet
wird. In Systemen, die gegenwärtig
im Stand der Technik Verwendung finden, benötigt jede Komponente oft ihre
eigene Montagestrategie und zugehörigen Befestigungselemente.
Die Montage an Bord muss so durchgeführt werden, dass der Motor nicht
gestört
wird. Dieses Ziel wird nicht immer erreicht, und die gegenwärtig verwendeten
EGR-Systeme können
schwierig und teuer in der Wartung sein. Aufgrund des immer mehr
abnehmenden Raumes, der für
die Fahrzeugantriebsanlage zur Verfügung steht, stellt die wirksame
Ausnutzung des Raumes durch eine effiziente Packung der Komponenten einen
Parameter dar, den die Konstrukteure in konstanter Weise verbessern
müssen.
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Die
EP 0887540 , auf der der
Oberbegriff von Patentanspruch 1 basiert, beschreibt ein Abgasrückführsystem
für eine
Brennkraftmaschine, das umfasst: einen Ventilkörper mit einer Auslassöffnung, die
in Strömungsmittelverbindung
mit einer Abgasquelle steht, einer Einlassöffnung, die in Strömungsmittelverbindung
mit dem Einlassstrang einer Brennkraftmaschine steht, und einem
Ventilelement, das ein Ventilglied und einen sich vom Ventilglied
aus erstreckenden Ventilschaft aufweist, ein Antriebselement, das
am Ventilkörper
montiert ist und eine mechanische Ausgangseinrichtung aufweist,
die in entgegengesetzten ersten und zweiten Richtungen drehbar ist
und eine Antriebswelle umfasst, einen Getriebezug, der zwischen
der drehbaren mechanischen Ausgangseinrichtung des Antriebselementes und
dem Ventilelement und in Eingriff hiermit so angeordnet ist, dass
die mechanische Ausgangseinrichtung, die sich in der ersten oder
zweiten Richtung dreht, eine lineare hin- und hergehende Bewegung durch den Getriebezug
direkt auf das Ventilelement aufbringt, um auf diese Weise das Ventilelement
zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position zu bewegen
und den Durchsatz des Abgases von der Auslassöffnung zur Einlassöffnung zu
steuern, und einen Sensor, der in den Ventilkörper integriert und mit dem
Ventilelement verbunden ist, um die lineare Position des Ventilelementes
zu detektieren, wenn das Ventilelement zwischen der offenen und geschlossenen
Position hin- und herbewegt wird.
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Es
besteht daher ein Bedarf nach Abgasrückführsystemen, die eine reduzierte
Anzahl von Komponenten aufweisen, welche zum wirksamen Rückführen des
Abgases in das Luft/Kraftstoff-Gemisch erforderlich sind. Des weiteren
besteht ein Bedarf nach einem System, mit dem die komplizierte Montage
an Bord, die für
vakuumbetätigte
EGR-Systeme benötigt
wird, verringert wird. Ferner besteht ein Bedarf nach einem Abgasrückführsystem,
das in einfacher und kostengünstiger
Weise gewartet werden kann. Schließlich besteht ein Bedarf nach
einem Abgasrückführsystem,
das eine verbesserte Ansprechzeit und genaue Wiederholbarkeit besitzt
und kleiner ist als die gegenwärtig
im Stand der Technik verwendeten Systeme.
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Erfindungsgemäß wird ein
Abgasrückführsystem
für eine
Brennkraftmaschine geschaffen, das umfasst: einen Ventilkörper mit
einer Auslassöffnung, die
in Strömungsmittelverbindung
mit einer Abgasquelle steht, einer Einlassöff nung, die in Strömungsmittelverbindung
mit dem Einlassstrang einer Brennkraftmaschine steht, und einem
Ventilelement, das ein Ventilglied und einen sich vom Ventilglied
aus erstreckenden Ventilschaft aufweist, ein Antriebselement, das
am Ventilkörper
montiert ist und eine mechanische Ausgangseinrichtung aufweist,
die in entgegengesetzten ersten und zweiten Richtungen drehbar ist
und eine Antriebswelle umfasst, einen Getriebezug, der zwischen
der drehbaren mechanischen Ausgangseinrichtung des Antriebselementes und
dem Ventilelement und in Eingriff hiermit so angeordnet ist, dass
die mechanische Ausgangseinrichtung, die sich in der ersten oder
zweiten Richtung dreht, eine lineare hin- und hergehende Bewegung durch
den Getriebezug direkt auf das Ventilelement aufbringt, um auf diese
Weise das Ventilelement zwischen einer offenen und einer geschlossenen
Position zu bewegen und den Durchsatz des Abgases von der Auslassöffnung zur
Einlassöffnung
zu steuern, und einen Sensor, der in den Ventilkörper integriert und mit dem
Ventilelement verbunden ist, um die lineare Position des Ventilelementes
zu detektieren, wenn das Ventilelement zwischen der offenen und geschlossenen
Position hin- und herbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der
Ventilschaft Zähne aufweist,
die auf mindestens einem Abschnitt desselben ausgebildet sind, und
dass der Getriebezug zwischen der Antriebswelle und den Zähnen auf
dem Ventilschaft angeordnet ist und hiermit kämmt.
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Das
Abgasrückführsystem
der vorliegenden Erfindung führt
zur Elimination einer Reihe von Komponenten, die in herkömmlichen
EGR-Systemen vorhanden sind. Beispielsweise müssen kein Vakuumregler und
keine Membran zur Betätigung eines
Ventilelementes und kein Drucksensor zur Abtastung der Druckdifferenz
zwischen der Membran und dem Einlassstrang Verwendung finden. Ferner
muss keine Montage an Bord Anwendung finden, die bei vakuumbetätigten EGR-Systemen
des Standes der Technik eingesetzt wird. Darüber hinaus besitzt das Abgasrückführsystem
der vorliegenden Erfindung ein viel schnelleres Ansprechverhalten
im Vergleich mit vakuumbetätigten
EGR-Ventilen und umfasst sehr genaue Ventilpositionierungsmöglichkeiten,
die besonders oft wiederholbar sind. Des weiteren ist das Abgasrückführsystem
der vorliegenden Erfindung relativ klein und kompakt und besitzt
daher verbesserte „Packungseigenschaften", die einem Motorkonstrukteur
eine größere Freiheit
gestatten, wenn das EGR-System der vorliegenden Erfindung relativ
zu anderen Motorkomponenten positioniert wird.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung werden nunmehr einige beispielhafte Ausführungsformen
derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Hiervon zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine, die mit dem verbesserten
Abgasrückführsystem
der vorliegenden Erfindung versehen ist;
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2 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform
des Abgasrückführsystems
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Schnittansicht einer Ausführungsform des
Abgasrückführsystems
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Teilschnittansicht des Ventilelementes von einer Ausführungsform
des Abgasrückführsystems
der vorliegenden Erfindung, gezeigt in der offenen Position;
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5 eine
perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Abgasrückführsystems der
vorliegenden Erfindung;
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6 eine
perspektivische Teilansicht der anderen Ausführungsform des Abgasrückführsystems
der vorliegenden Erfindung, wobei Teile des Ventilkörpers weggebrochen
sind, um den Getriebezug und das Ventilelement zu zeigen;
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6A eine
Schnittansicht entlang den Linien 6A-6A in 6; und
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7 eine
Teilschnittansicht, die das Ventilelement der anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in dessen geschlossener Position zeigt.
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Eine
Ausführungsform
eines Abgasrückführsystems
der vorliegenden Erfindung ist generell bei 10 in 1 und
in Verbindung mit einer schematisch generell bei 12 dargestellten
Brennkraftmaschine gezeigt. Die Brennkraftmaschine kann eine oder
mehrere Verbrennungskammern aufweisen, die in herkömmlicher
Weise angeordnet sind, beispielsweise in Reihe oder in V-Form. Somit
kann das Abgasrückführsystem 10 in
Verbindung mit einer Brennkraftmaschine Verwendung finden, die 4
Zylinder in Reihe, 6 Zylinder in Reihe, 6 Zylinder in V-Form, 8
Zylinder in V-Form, 10 Zylinder in V-Form o.ä. besitzen. Für den Fachmann
ist klar, dass die Zahl und spezielle Anordnung der Verbrennungskammern
der Brennkraftmaschine keinen Teil der vorliegenden Erfindung darstellen.
Somit ist die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine 12 mit
einer repräsentativen
Verbrennungskammer gezeigt, die generell mit 14 bezeichnet
und in einem Motorblock 16 ausgebildet ist. Ein Kolben 18 ist
zur Durchführung
einer hin- und hergehenden Bewegung in einem Zylinder 20 gelagert.
Der Kolben 18 und der Zylinder 20 bilden zusammen
die Verbrennungskammer 14. Durch die hin- und hergehende
Bewegung des Kolbens 18 in Abhängigkeit von einem Verbrennungszyklus
im Zylinder 20 wird eine Kurbelwelle 22 über eine
Verbindungsstange 24 mit einer Drehbewegung beaufschlagt,
wie dies bekannt ist.
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Ein
Kopf 26 ist am Motorblock 16 montiert und besitzt
mindestens eine Einlassöffnung 28 und mindestens
eine Auslassöffnung 30.
Die Einlassöffnung 28 steht
in Strömungsmittelverbindung
mit einem Einlassstrang, der schematisch bei 32 dargestellt
ist. Verbrennungsluft wird an einer Drosselklappe 34, die
in einem Drosselkörper 36 montiert
ist, vorbei in den Strang 32 gesaugt, wo sie mit teilweise
zerstäubtem
Brennstoff vermischt wird. Die Drosselklappe 34 bewegt
sich, um die Öffnung
des Drosselkörpers 36 und
die Menge der in den Einlassstrang 32 strömenden Luft
in Abhängigkeit
von bestimmten vorgegebenen Parametern, wie der Motorlast, Fahrzeugbeschleunigung
etc., einzustellen und auf diese Weise das Luft/Kraftstoff-Gemisch
auf einen optimalen Wert zu regeln.
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Der
Strom des brennbaren Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylinder 20 über die
Einlassöffnung 28 des
Kopfes 26 wird durch ein oder mehrere Einlassventile 38 gesteuert.
Diese Einlassventile 38 können im Kopf 36 so
gelagert sein, dass sie unter dem Einfluss einer Nockenwelle 40 eine
hin- und hergehende Bewegung durchführen, um die Strömungsmittelverbindung
zwischen der Einlassöffnung 28 und dem
Zylinder 20 zu öffnen
und zu schließen,
wie dies bekannt ist.
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In
entsprechender Weise kann ein Auslassventil 42 so im Kopf 26 gelagert
sein, dass es unter dem Einfluss einer Nockenwelle 44 eine
hin- und hergehende Bewegung durchführt, um die Strömungsmittelverbindung
zwischen dem Zylinder 20 und der Auslassöffnung 30 zu öffnen und
zu schließen.
Wenn das Auslassventil 42 offen ist, werden die Verbrennungsprodukte
einschließlich
der Abgase, die teilweise verbrannte verunreinigende Substanzen,
wie NOx, enthalten, durch die im Kopf 26 ausgebildete
Auslassöffnung 30 einem
Auslassstrang 46 zugeführt.
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Wo
es wünschenswert
ist, die Menge der verunreinigenden Substanzen zu verringern, kann ein
Teil des Abgases vom Auslassstrang 46 oder irgendeiner
anderen geeigneten Stelle am Motor abgezogen und dem Abgasrückführsystem 10 zugeführt werden.
Die Strömungsmittelverbindung
der Abgase von ihrer Quelle (Verbrennungszylinder 20) zum
Abgasrückführsystem 10 ist
schematisch durch die gestrichelte Linie 48 angedeutet.
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Für den Fachmann
ist daher klar, dass irgendwelche geeigneten Einrichtungen, um diesen Typ
der Strömungsmittelverbindung
zu erzielen, eingesetzt werden können,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
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Wie
in 1 in Verbindung mit 2 gezeigt ist,
ist das Abgasrückführsystem 10 an
irgendeiner geeigneten zweckmäßigen Stelle
am Motor 12 montiert und steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Einlassstrang 32 und
dem Auslassstrang 46. Dabei besitzt das Abgasrückführsystem 10 der
vorliegenden Erfindung einen Ventilkörper, der generell mit 50 bezeichnet
ist und eine Auslassöffnung 52 besitzt, die
für eine
Strömungsmittelverbindung
mit einer Abgasquelle geeignet ist. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform
wird diese Strömungsmittelverbindung
mit dem Auslassstrang 46 über eine oder mehrere Leitungen
erreicht, die mit der gestrichelten Linie 48 dargestellt
sind. Ferner besitzt der Ventilkörper 50 eine
Einlassöffnung 54,
die eine Strömungsmittelverbindung
mit dem Einlassstrang 32 der Brennkraftmaschine 12 herstellen
kann. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform
ist das Abgasrückführsystem 10 direkt
am Einlassstrang 32 montiert und steht mit diesem über einen
Kanal 56 in Verbindung. Der Fachmann kann jedoch der folgenden
Beschreibung entnehmen, dass das Abgasrückführsystem 10 auch an
irgendeinem anderen zweckmäßigen Platz
am Motor 12 montiert sein kann. Der Ventilkörper 50 kann
auch ein Getriebezuggehäuse
aufweisen, das generell mit 58 bezeichnet ist und einstückig damit oder
als separate Komponente, die an anderen Komponenten befestigt ist,
um den Ventilkörper 50 zu
bilden, ausgebildet sein kann. Ein generell mit 60 bezeichnetes
Antriebselement ist unter Verwendung von Befestigungselementen 62 oder
anderen geeigneten Einrichtungen am Getriebegehäuse 58 des Ventilkörpers 50 montiert.
Das Antriebselement 60 und das Getriebegehäuse 58 werden
nachfolgend in größeren Einzelheiten
beschrieben.
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Das
Abgasrückführsystem 10 umfasst
ferner ein generell mit 64 bezeichnetes Ventilelement.
Dieses Ventilelement 64 ist zwischen einer offenen und einer
geschlossenen Position bewegbar, um den Abgasstrom von der Auslassöffnung 52 zur
Einlassöffnung 54 des
Systems 10 zu steuern. Genauer gesagt besitzt das Ventilelement 64 ein
Ventilglied 66 und einen Ventilschaft 68, der
sich vom Ventilglied 66 und durch eine Buchse 70 im
Ventilkörper 50 erstreckt. Das
Ventilglied 66 ist auf einem Ventilsitz 72 angeordnet,
der im Ventilkörper 50 an
der Auslassöffnung 52 ausgebildet
ist, wenn sich das Ventilelement 64 in seiner geschlossenen
Position befindet. Über
der Buchse 70 besitzt der Ventilschaft 68 Zähne 74,
die an mindestens einem Abschnitt desselben ausgebildet sind. Genauer
gesagt, der Ventilschaft 68 besitzt eine Längsachse
A des Ventilelementes 64. Die Zähne 74 bilden eine
Zahnstange, die sich über
eine vorgegebene Distanz über
die Länge
des Ventilschaftes 68 in Richtung der Längsachse erstreckt. Das Ventilglied 66 ist
aus der in den 2 und 3 gezeigten geschlossenen
Position in die in 4 gezeigte offene Position in
einer Richtung zum Antriebselement 60 hin und parallel
zur Längsachse
A bewegbar. Somit findet bei der in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform
bei dem Abgasrückführsystem 10 eine
Ventilanordnung Anwendung, die zum Öffnen gezogen wird.
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Bei
der in den 2–3 gezeigten
bevorzugten Ausführungsform
ist das Antriebselement 60 ein Permanentmagnet-Elektromotor, der
mit Gleichstrom arbeitet. Der Motor 60 besitzt ein angeflanschtes
Gehäuse 76,
das zum Montieren des Motors 60 am Getriebezuggehäuse 58 über die
Befestigungselemente 62 dient, wie vorstehend erwähnt, und
eine nichtleitende, typischerweise aus Kunststoff bestehende Endkappe 78 an
einem Ende. Die Endkappe 78 besitzt einen einstückig hiermit
ausgebildeten elektrischen Verbinder 80. Dieser elektrische
Verbinder 80 kann eine Verbindung mit einer elektrischen Stromquelle
(nicht gezeigt) herstellen. Der elektrische Motor 60 besitzt
eine mechanische Ausgangseinrichtung, die in entgegengesetzten ersten
und zweiten Richtungen drehbar ist. Genauer gesagt, die mechanische
Ausgangseinrichtung umfasst eine Antriebswelle 82, die
im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn drehbar ist. Sie ist
an ihrem Ende, das dem Motor 60 gegenüberliegt, in einem im Getriebegehäuse 58 ausgebildeten
runden Vorsprung 84 gelagert.
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Ein
generell mit 86 bezeichneter Getriebezug ist im Getriebegehäuse 58 gelagert.
Genauer gesagt, der Getriebezug 86 ist zwischen der Antriebswelle 82 des
Motors 60 sowie dem Ventilelement 64 so mit diesen
Elementen kämmend
angeordnet, dass durch die Drehung der Antriebswelle 82 in
deren ersten oder zweiten Richtung eine lineare hin- und hergehende
Bewegung über
den Getriebezug 86 direkt auf das Ventilelement 64 aufgebracht
wird. Auf diese Weise bewegen der Motor 60 über seine
Antriebswelle 82 und der Getriebezug 86 direkt
das Ventilelement 64 zwischen dessen geöffneter und geschlossener Stellung,
um den Durchfluss des Abgases aus der Auslassöffnung 52 zur Einlassöffnung 54 und schließlich zu
den Zylindern 20 der Brennkraftmaschine 12 zu
steuern. Hierzu ist der Getriebezug 86 zwischen der Antriebswelle 82 und
den Zähnen 74 am
Ventilschaft 68 angeordnet und kämmt hiermit. Genauer gesagt,
der Getriebezug 86 besitzt ein Antriebsritzel 88,
das drehbar mit der Antriebswelle 82 montiert ist, und
ein zusammengesetztes Zahnrad, das allgemein mit 90 bezeichnet
ist. Dieses zusammengesetzte Zahnrad 90 ist zwischen dem
Antriebsritzel 88 und den Zähnen 74 des Ventilschaftes 68 angeordnet
und kämmt
hiermit. Es ist drehbar an einer Stummelwelle 92 montiert,
die in einem runden Vorsprung 94 gelagert ist, der im Getriebegehäuse 58 ausgebildet
ist. Es besitzt ferner ein Untersetzungszahnrad 96 und
ein angetriebenes Ritzel 98. Das Untersetzungszahnrad 96 steht
in kämmendem Eingriff
mit dem Antriebsritzel 88. Das angetriebene Ritzel 98 steht
in kämmendem
Eingriff mit den Zähnen 74 am
Ventilschaft 68. Das Untersetzungszahnrad 96 dient
dazu, die Drehzahl der Antriebswelle 92 auf ein geeignetes
Niveau zu bringen, um das Ventilelement 64 zwischen seiner
offenen und geschlossenen Position zu bewegen. Somit wandelt der
Getriebezug 86 die Rotationsbewegung der Antriebswelle 82 direkt
in eine lineare hin- und hergehende Bewegung des Ventilelementes 64 um.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist das zusammengesetzte Zahnrad 90 ein einstückiges Teil,
so dass daher das Untersetzungszahnrad 96 und das angetriebene
Ritzel 98 zusammen ausgebildet sind. Dem Fachmann wird
jedoch aus der nachfolgenden Beschreibung klar, dass die vorliegende Erfindung
nicht auf den hier offenbarten speziellen Getriebe zug beschränkt ist
und dass eine Reihe von anderen Ausgestaltungen Verwendung finden
kann, um die Drehbewegung der Antriebswelle 82 in die lineare
hin- und hergehende Bewegung des Ventilelementes 64 zu übersetzen.
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Das
Abgasrückführsystem 10 besitzt
ferner ein Vorspannelement 100, das in 2 gezeigt
ist und auf das Ventilelement 64 einwirkt, um das Ventilglied 66 in
einer Richtung vom Motor 60 weg und in seine geschlossene
Position vorzuspannen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Vorspannelement
eine Drehfeder 100. Für
den Fachmann versteht es sich jedoch, dass auch irgendeine andere geeignete
Vorspanneinrichtung Verwendung finden kann.
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Das
Abgasrückführsystem 10 besitzt
des weiteren einen generell mit 102 bezeichneten Sensor,
der die Position und Bewegung des Ventilelementes 64 genau überwacht.
Der Sensor 102 kann ein Sensor mit linearem Hub oder ein
Potentiometer mit einem Wischer 104 sein, der fest im Ventilkörper 50 montiert
ist. Er besitzt ferner mindestens einen Aufnehmer 106,
der am Ventilschaft 68 des Ventilelementes 64 montiert
oder auf andere Weise hiermit verbunden ist. Bei der in den 2–3 gezeigten Ausführungsform
verbindet eine Brücke 108 den
Aufnehmer 106 des Ventilschaftes 68. Daher kann
der Aufnehmer 106 eine lineare hin- und hergehende Bewegung
mit dem Ventilelement 64 ausführen. Gleichzeitig steht der
Aufnehmer 106 so in physikalischem Gleitkontakt mit dem
Wischer 104, dass die Position und Bewegung des Ventilelementes 64 detektiert wird,
wenn dieses zwischen seiner offenen und geschlossenen Position bewegt
wird.
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Somit
wird auf Basis von bestimmten vorgegebenen Parametern, wie beispielsweise
der Motorlast, den Drosselklappenpositionen, der Beschleunigung
etc., der Motor 60 in Abhängigkeit von Befehlen von einem
Motorsteuermodul (ECM) betrieben. Durch die Betätigung des Motors 60 wird
eine Drehung der Antriebswelle 82 in der einen oder der
anderen Richtung verursacht, was zu einer sofortigen und direkten
Betätigung
des Ventilelementes 64 über den
Getriebezug 86 in dessen offene oder geschlossene Position
führt.
Während
seiner Bewegung wird die Position des Ventilelementes 64 jederzeit
durch den Positionssensor 102 überwacht, der diese Information
an den ECM zurückgibt.
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Eine
andere Ausführungsform
des Abgasrückführsystems
der vorliegenden Erfindung ist generell mit 210 in den 5 und 6 bezeichnet, wobei
gleiche Bezugszeichen erhöht
um den Faktor 200 in den 5 bis 7 zur
Bezeichnung von gleichen Bauteilen dienen. Wie bei dem in den 2 bis 4 gezeigten
Abgasrückführsystem 10 kann
das Abgasrückführsystem 210 in
Verbindung mit einer schematisch in 1 gezeigten
Brennkraftmaschine Verwendung finden. Die Funktionsweise der Brennkraftmaschine 12 und
der Sinn und Zweck eines Abgasrückführsystems
sowie dessen Anordnung relativ zu den anderen Komponenten der Brennkraftmaschine
werden daher nicht nochmals in Verbindung mit dem nachfolgenden
Abgasrückführsystem 210 der 5–7 beschrieben.
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Das
Abgasrückführsystem 210 besitzt
einen Ventilkörper 250 mit
einer Auslassöffnung 252,
die mit einer Abgasquelle in Strömungsmittelverbindung stehen
kann, und einer Einlassöffnung 254,
die mit dem Einlassstrang 32 der Brennkraft maschine in Strömungsmittelverbindung
stehen kann. Wie die in 1 gezeigte Ausführungsform
kann das Abgasrückführsystem 210 direkt
am Einlassstrang 32 montiert sein und steht hiermit über den
Kanal 56 in Verbindung. Der Fachmann kann jedoch aus der
nachfolgenden Beschreibung entnehmen, dass das Abgasrückführsystem 210 auch
an irgendeinem anderen zweckmäßigen Platz
am Motor montiert sein kann.
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Der
Ventilkörper 250 kann
ebenfalls ein Getriebezuggehäuse
umfassen, das generell mit 258 bezeichnet ist und einstückig hiermit
oder als separate Komponente, die über Befestigungselemente 259 o.ä. an anderen
Komponenten montiert ist, ausgebildet sein kann, um das Ventilgehäuse 250 zu
bilden. Ferner besitzt das Abgasrückführsystem 210 ein Antriebselement,
das generell mit 260 bezeichnet und am Getriebegehäuse 258 des
Ventilkörpers 250 unter
Verwendung von Befestigungselementen 252 oder irgendwelchen
anderen zweckmäßigen Mitteln montiert
ist. Das Antriebselement 260 und das Getriebegehäuse 258 werden
nachfolgend in größeren Einzelheiten
erläutert.
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Das
Abgasrückführsystem 210 besitzt
des weiteren ein Ventilelement, das allgemein mit 264 bezeichnet
ist. Das Ventilelement 264 ist zwischen einer offenen und
einer geschlossenen Position bewegbar, um den Abgasdurchfluss von
der Auslassöffnung 252 zur
Einlassöffnung 254 zu
steuern. Genauer gesagt besitzt das Ventilelement 264 ein
Ventilglied 266, ein generell mit 274 bezeichnetes
Joch und einen sich hiervon erstreckenden Ventilschaft 268.
Das Ventilglied 266 ist auf einem Ventilsitz 272 angeordnet,
der im Ventilkörper 250 an
der Auslassöffnung 252 ausgebildet
ist.
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Des
weiteren hat das Ventilelement 264 einen Ventilanschlag 270,
der um den Ventilschaft 268 herum ausgebildet ist und mit
dem Ventilkörper 250 zusammenwirkt,
um die Bewegung des Ventilelementes 264 in Richtung der
geschlossenen Positionen zu begrenzen, wie nachfolgend im einzelnen
beschrieben wird.
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Der
Ventilschaft 268 bildet die Längsachse A' des Ventilelementes 264. Das
Ventilglied 266 ist aus seiner in den 6 und 7 gezeigten
geschlossenen Position in einer Richtung vom Antriebselement 260 weg
und parallel zur Längsachse
A' des Ventilelementes 264 in
eine offene Position bewegbar. Das Abgasrückführsystem 210 besitzt
ferner ein Vorspannelement 300, das auf das Ventilelement 264 einwirkt,
um das Ventilglied 266 in einer Richtung zum Antriebselement 260 hin
(in den 6 und 7 nach oben)
und in seine geschlossene Position vorzuspannen. Ein Federhalter 303 umgibt
ein Ende des Ventilschaftes 268 benachbart zum Joch 274.
Bei der in den 6 und 7 gezeigten
bevorzugten Ausführungsform
ist das Vorspannelement eine Schraubenfeder 300. Die Schraubenfeder 300 ist
zwischen dem Halter 303 und einem komplementären Halter 305 angeordnet,
der auf einer Fläche 307 des
Ventilkörpers 250 gelagert
ist. Die Schraubenfeder 300 wirkt durch den Halter 303 in
Richtung der geschlossenen Positionen des Ventilelementes 264 auf
dieses ein.
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Bei
der in den 5–7 gezeigten
bevorzugten Ausführungsform
ist das Antriebselement ein Permanentmagnet-Elektromotor 260, der mit Gleichstrom
arbeitet. Der Motor 260 besitzt ein angeflanschtes Gehäuse 276,
das dazu dient, den Motor 260 an einer Motormontageeinheit 277 (6)
des Ventilkörpers 250 zu
montieren, wie vorstehend erwähnt,
und eine nichtleitende, typischerweise aus Kunststoff bestehende
Endkappe 278 an einem Ende. Diese Endkappe 278 besitzt
elektrische Verbinder 280, die dazu dienen, den Motor mit
Strom zu versorgen. Der Elektromotor 260 hat eine mechanische
Ausgangseinrichtung, die in gegenüberliegenden ersten und zweiten
Richtungen drehbar ist. Genauer gesagt, die mechanische Ausgangseinrichtung besitzt
eine Antriebswelle 282, die im Uhrzeigersinn und gegen
den Uhrzeigersinn drehbar ist.
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Das
Abgasrückführsystem 210 umfasst
ferner einen Getriebezug, der generell mit 286 bezeichnet
und im Getriebegehäuse 258 gelagert
ist. Genauer gesagt, der Getriebezug 286 ist so mit der
Antriebswelle 282 des Motors 260 und dem Ventilelement 264 kämmend zwischen
diesen angeordnet, dass durch eine Drehung der Antriebswelle 282 in der
ersten oder zweiten Richtung eine lineare hin- und hergehende Bewegung
direkt auf das Ventilelement 264 über den Getriebezug 286 aufgebracht wird.
Auf diese Weise wird das Ventilelement 264 zwischen einer
offenen und geschlossenen Position bewegt, um den Durchfluss des
Abgases von der Auslassöffnung 252 zur
Einlassöffnung 254 zu
steuern. Hierzu ist der Getriebezug 286 zwischen der Antriebswelle 282 und
dem Joch 274 am Ventilglied 266 angeordnet. Genauer
gesagt, der Getriebezug 286 umfasst ein Antriebsschneckenrad 288,
das im Getriebegehäuse 258 zwischen
zwei Rollenlagern 284 montiert ist. Das Antriebsschneckenrad 288 ist
drehbar mit der Antriebswelle 282 des Motors 260 verbunden.
Der Getriebezug 286 besitzt des weiteren ein Sektorzahnrad 290 mit
bogen förmig
angeordneten Zähnen 292.
Dieses Sektorzahnrad 290 ist um eine Achse X drehbar, die
sich quer zur Längsachse
des Ventilelementes 264 erstreckt. Des weiteren besitzt das
Sektorzahnrad 290 einen Hebelabschnitt 296, der
mit dem Joch 274 gekoppelt ist und durch den das Ventilelement 264 mit
einer linearen hin- und hergehenden Bewegung beaufschlagt wird.
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Genauer
gesagt, das Joch 274 besitzt ein Paar von Zacken 275,
die sich nach oben und in Richtung der Längsachse des Ventilelementes 264 erstrecken,
wie in 6 gezeigt. Diese Zacken 275 sind im Abstand
voneinander angeordnet und umfassen ovale Öffnungen 277, die
sich durch jeden Zacken 275 erstrecken. Der Hebelabschnitt 296 ist
zwischen den Zacken 275 angeordnet und besitzt ein Paar
von gegenüberliegenden
zylindrischen Vorsprüngen 297,
die sich in einer Richtung quer zur Längsachse des Ventilelementes 264 erstrecken.
Die zylindrischen Vorsprünge 297 sind
in den ovalen Öffnungen 277 angeordnet,
um auf diese Weise den Hebelabschnitt 296 des Sektorzahnrades 290 über das Joch 274 direkt
mit dem Ventilelemente 264 zu verbinden. Durch die Drehbewegung
des Sektorzahnrades 270 wird bewirkt, dass der Hebelabschnitt 296 auf
das Joch 274 einwirkt, um das Ventilelement 264 mit
einer linearen hin- und hergehenden Bewegung zu beaufschlagen und
dieses zwischen seiner offenen und geschlossenen Position zu bewegen.
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Das
Abgasrückführsystem 210 besitzt
des weiteren einen Sensor, der generell mit 302 in 5 bezeichnet
sowie in den Ventilkörper 250 integriert und
mit dem Ventilelement 264 verbunden ist, um die lineare
Position des Ventilele mentes 264 zu detektieren, wenn sich
dieses zwischen seiner offenen und geschlossenen Position hin- und
herbewegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor ein
Potentiometer mit einem Gehäuse 303 mit
einer Abdeckplatte 305, die über Befestigungselemente 307 o.ä. am Gehäuse 303 montiert
ist. Wie am besten in 6 gezeigt, besitzt das Sektorzahnrad 290 eine Stummelachse 310,
die sich entlang der Querachse erstreckt und um diese drehbar ist.
Der Sensor 302 ist im Bereich 304 über Antriebsnasen 306,
die als Geberrad dienen können,
mit der Stummelachse 310 verbunden. Durch die Detektion
der Drehbewegung der Stummelachse 310 kann die Linearbewegung des
Ventilelementes 264 zwischen seiner offenen und geschlossenen
Position ermittelt werden. Bei der in 6A dargestellten
bevorzugten Ausführungsform
ist der Sensor 308 ein kontaktfreier Hall-Effekt-Sensor. Dieser besteht
aus einem Ringmagnet 312, der an einer Nabe montiert ist,
die wiederum am Antriebsschneckenrad 288 oder irgendeiner
anderen zweckmäßigen Stelle
montiert sein kann. Der Ringmagnet 312 wird mit mehreren
Polen um seinen Umfang herum magnetisiert. Der Hall-Effekt-Sensor 308 befindet
sich in enger Nachbarschaft zum Außendurchmesser (OD) des Magneten 312 und
ist am Gehäuse 258 montiert.
Die Linearbewegung des Ventilelementes 264 wird über die
Bewegung am Antriebsschneckenrad abgetastet.
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Auf
der Basis von bestimmten vorgegebenen Parametern, wie der Motorlast,
der Drosselklappenposition, der Beschleunigung etc., wird der Motor 260 durch
Befehle von einem Motorsteuermodul (ECM) betrieben. Durch die Betätigung des
Motors 260 wird eine Drehung der Antriebswelle 282 in
der einen oder anderen Richtung bewirkt, was zu einer sofor tigen und
direkten Betätigung
des Ventilelementes 264 über den Getriebezug 286 in
dessen offene oder geschlossene Position führt. Wenn sich das Ventilelement 264 bewegt,
wird dessen Position jederzeit vom Positionssensor 302 überwacht,
der diese Information an den ECM zurückgibt.
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Somit
wird mit dem Abgasrückführsystem 10, 210 eine
genaue schrittweise Steuerung der Bewegung des Ventilelementes 64 mit
einer sehr viel schnelleren Ansprechzeit im Vergleich zu vakuumbetätigten EGR-Ventilen
erreicht. Des weiteren besitzt das Abgasrückführsystem 10, 210 sehr
genaue Ventilpositionierungsmöglichkeiten,
die besonders gut wiederholbar sind. Das System 10, 210 führt zu einer Eliminierung
einer Reihe von Komponenten, die bei herkömmlichen EGR-Ventilen Verwendung
finden, wie beispielsweise eines elektrisch betätigten Vakuumreglers mit einer
Membran, die zur Betätigung
eines Ventilelementes verwendet wird, eines Drucksensors sowie der
zugehörigen
Montage an Bord, die üblicherweise
in Verbindung mit bekannten vakuumbetätigten EGR-Systemen eingesetzt
wird. Das Abgasrückführsystem 10, 210 der
vorliegenden Erfindung ist somit kleiner und kompakter als bekannte vakuumbetätigte EGR-Ventile.
Dies führt
zu verbesserten „Packungseigenschaften", die den Motorkonstrukteuren
eine größere Freiheit
verleihen, wenn das Abgasrückführsystem
der vorliegenden Erfindung relativ zu anderen Komponenten positioniert
wird.