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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Abgasrezirkulationsventilanordnung.
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Typische Abgasrezirkulations- (EGR-)Ventile werden verwendet,
um Abgas zu steuern, das zur Einlaßseite eines
Verbrennungsmotors rezirkuliert wird. Das EGR-Ventil umfaßt im
allgemeinen ein Ventil, das von einer Betätigungsvorrichtung
positioniert wird, um das Abgas zu messen, das durch das Ventil
gelangt. Die Betätigungsvorrichtung zieht das Ventil von
einem Sitz zurück, um die Rezirkulation von Abgas zu erhöhen,
und rückt das Ventil auf den Sitz zu vor, um die
Rezirkulation von Gas zu reduzieren. Der Sitz ist in einer Basis
enthalten, die das Ventil auf der Motorleitung anbringt.
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Eine präzise Ausrichtung des Ventils relativ zu dem
Ventilsitz ist wünschenswert, da eine Fehlausrichtung der zwei
Komponenten einen Weg für eine Gasleckage zu dem Motor erzeugen
kann, wodurch Abgasströmungsschwankungen bewirkt werden und
Verschleiß des Ventils und Sitzes resultiert. Es ist
wünschenswert, den Ventilschaft in präziser koaxialer
Ausrichtung mit dem Ventilsitz durch die Verwendung eines
Präzisionsventilschaftlagers zu halten. Ein derartiges Lager
sollte, zusätzlich zum Schaffen der gewünschten Ausrichtung,
wirksam sein, um zu verhindern, daß Abgas von innerhalb des
EGR-Ventils um den Übergang zum Ventilschaft herum
entweicht, und um das Auftreffen von irgendwelchem
entweichenden Abgas auf die Ventilschaftbetätigungsvorrichtung zu
minimieren. Ein Kontakt der Betätigungsvorrichtung mit dem
feuchtigkeitsbeladenen Abgas kann Bedingungen zur Folge
haben, die die optimale Leistung des EGR-Ventils
beeinträchtigen.
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Die EP-A-0 428 274 offenbart eine
Abgasrezirkulationsventilanordnung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die vorliegende Erfindung strebt danach, eine verbesserte
Abgasrezirkulationsanordnung zu schaffen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine
Abgasrezirkulationsanordnung geschaffen, wie im Anspruch 1 spezifiziert.
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Ein EGR-Ventil zur Verwendung bei der Steuerung der
Rezirkulation von Abgas in einem Verbrennungsmotor wird
geschaffen, das ein dreischichtiges Lager zur präzisen
Positionierung eines Ventilschafts darin und wirksamen Ablenkung von
entweichendem Abgas vom Auftreffen auf die
Ventilbetätigungsvorrichtung enthält. Das EGR-Ventil kann eine Basis mit
einer darin ausgebildeten Ablaßkammer mit Einlaß- und
Auslaßöffnungen und einen Ventilsitz umfassen, der eine der
Öffnungen umgibt.
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Ein Lagerbauteil ist vorgesehen, das einen unteren
Lagerabschnitt, eine Lagererweiterung oder einen Steg, der nach
außen davon vorsteht, sowie Zwischen- und obere Lagerab-
Schnitte umfaßt, die durch den Steg in paralleler,
beabstandeter Beziehung zu dem unteren Abschnitt miteinander
verbunden sind. Öffnungen, die in den Lagerabschnitten ausgebildet
sind, bewirken eine Führung eines Ventilschaftes, der sich
nach außen von der Ablaßkammer erstreckt. Die Zwischen- und
oberen Lagerabschnitte können zusätzlich zum Schaffen einer
Stütze für den Ventilschaft die Ablenkung von entweichendem
Abgas bewirken, das aufwärts entlang der Zapfenwelle strömen
kann, wobei es Feuchtigkeit auf die
Ventilbetätigungsvorrichtung zu trägt, die nachstehend beschrieben wird.
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Ein Ventil ist benachbart des Ventilsitzes angebracht und
weist einen Ventilschaft auf, der sich aus der Basis heraus
durch die Öffnung in dem unteren Lagerabschnitt und die
Zwischen- und oberen Abschnitte erstreckt. Das Lager kann eine
präzise Ausrichtung des Ventils mit dem Ventilsitz
gewährleisten und eine Fehlausrichtung des Ventils relativ zu dem
Sitz minimieren.
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Das Ende des Ventilschafts, das entfernt von dem Ventil
gelegen ist, weist einen gestuften Bereich auf, um eine
Betätigungsvorrichtung daran zu kuppeln. Die
Betätigungsvorrichtung, die das Ventil relativ zu dem Ventilsitz betätigt, ist
vorzugsweise starr in einer beabstandeten Beziehung zur
Basis angebracht. Ein Armaturkern mit einem hohlen Zentrum
kann zur Hin- und Herbewegung innerhalb der
Betätigungsvorrichtung angeordnet sein. Die Armatur kann einen sich
lateral erstreckenden Stegabschnitt aufweisen, der darin
ausgebildet ist und eine sich axial erstreckende Öffnung
aufweist, durch die sich das entfernte Ende des Ventilschafts
erstreckt, und an der es angebracht ist. Die Öffnung kann
einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als derjenige des
Ventilschafts, um eine laterale Bewegung zwischen dem Schaft
und dem Armatursteg zu berücksichtigen.
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Vorteilhafterweise ist eine Ventilschafthalteanordnung
vorgesehen, die eine untere Haltescheibe und eine obere
Haltescheibe umfaßt, die das entfernte Ende des Ventilschafts an
dem Armatursteg anbringt. Die untere Scheibe gleitet
vorzugsweise über das Ende des Schaftes und ruht zwischen einer
Ventilschaftschulter, die zwischen dem ersten gestuften
Abschnitt und dem Schaft ausgebildet ist, und der unteren
Seite des Armaturstegs. Die obere Scheibe gleitet vorzugsweise
über das Ende des Schafts und ist an diesem befestigt, um
gegen die Schulter zu ruhen, die zwischen dem zweiten
gestuften Abschnitt und dem ersten ausgebildet ist, und zwar in
einer Seite-an-Seite-Beziehung mit der oberen Seite des
Armaturstegs. Infolgedessen kann der Ventilschaft in Eingriff
mit dem Armatursteg durch die Halteanordnung gehalten
werden, die dem Schaft und der Armatur gestatten kann, sich
lateral bezüglich zueinander, jedoch mit einer relativen
vertikalen Bewegung zu bewegen, die aufgrund der Wirkung der
oberen und unteren Haltescheiben beschränkt ist.
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Ein Ventilpositionssensor kann an dem Oberteil des
Betätigungsvorrichtungsgehäuses angebracht sein und einen
Nachläufer aufweisen, der sich mit der Armatur bewegt, um die
Ventilposition zu bestimmen. Eine Ventilrückholfeder kann mit
einbezogen sein, und zwar in den Sensor und um das Ventil in
eine geschlossene Position zurückzuholen, wenn die
Betätigungsvorrichtung nicht in Betrieb ist.
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Die vorliegende Erfindung kann eine
Abgasrezirkulationsventilanordnung mit einem Lager schaffen, das in der Lage ist,
das Ventil präzise relativ zu dem Ventilsitz zu
positionieren und feuchtigkeitsbeladenes Abgas vom Auftreffen auf die
Ventilbetätigungsvorrichtung abzulenken.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nachstehend lediglich illustrierend anhand der begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Figur 1 eine Aufrißansicht, teilweise im
Querschnitt, einer Ausführungsform einer
Abgasrez irkulationsventilanordnung ist, und
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Figur 2 eine perspektivische Explosionsansicht eines
Teils der Abgasrezirkulationsventilanordnung
von Figur 1 ist.
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In Figur 1 ist eine Abgasrezirkulationsventilanordnung 10
zur Verwendung bei der Steuerung der Rezirkulation von Abgas
in einem Verbrennungsmotor gezeigt. Die Anordnung 10 umfaßt
eine Basis 12, im Detail in Figur 2 gezeigt, mit oberen bzw.
unteren Oberflächen 14 bzw. 16. Eine Ablaßkammer 18 ist in
der Basis 12 ausgebildet, wobei eine Einlaßöffnung 20 und
eine Auslaßöffnung 22 darin angeordnet sind. Ein Ventilsitz 24
umgibt die Ablaßöffnung 22, obwohl in einer alternativen
Ausführungsform der Ventilsitz um eine Einlaßöffnung 20 herum
angeordnet sein kann. Eine Lagerausnehmung 26 ist in der
Basis 12 ausgebildet, und zwar im allgemeinen in Ausrichtung
mit dem Ventilsitz 24. Damit der Ventilsitz 24 und die
Lagerausnehmung 26 genau in Bezug aufeinander ausgerichtet sind,
ist die Basis 12 vorzugsweise als ein Einzelstück-,
Pulvermetallteil aufgebaut, wobei die Auslaßöffnung 22, der
Ventilsitz 24 und die Lagerausnehmung 26 bei derselben
Pulvermetallbearbeitung gebildet werden. Eine derartige
Aufbautechnik beseitigt im allgemeinen eine Fehlausrichtung zwischen
dem Ventilsitz 24 und der Lagerausnehmung 26, die auftreten
würde, wenn diese Elemente in separaten Vorgängen maschinell
bearbeitet würden.
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Eine Abdeckungsanordnung 27 mit einer Abdeckung 28 und einer
Dichtung 29 schließt die Ablaßkammer 18. Die
Abdeckungsanordnung 27 weist eine Öffnung 30, die sich dorthindurch
erstreckt in allgemeiner Ausrichtung mit dem Ventilsitz 24,
und ein oder mehrere Halteabstandsstücke 32 auf, die sich
nach außen von der Abdeckung 28 erstrecken. Die
Abstandsstükke schaffen Halt für eine Betätigungsvorrichtung 68, die
ausführlicher nachstehend beschrieben ist.
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Eine Ventilanordnung 34 ist innerhalb der Basis 12
angeordnet. Die Ventilanordnung 34 umfaßt ein Ventilbauteil 36, das
durch einen Ventilsitz 24 angebracht ist, und einen
Ventilschaft 38 mit einem ersten Ende 40, von dem aus sich das
Ventilbauteil 36 erstreckt, einem zentralen Abschnitt 42 der
sich nach außen von der Ablaßkammer 18 durch die Öffnung 30
in der Abdeckungsanordnung 27 erstreckt, und einem zweiten
Ende 44 zum Eingriff mit der Betätigungsvorrichtung 68. Das
zweite Ende 44 ist gestuft, und zwar mit einem ersten
Abschnitt 46 reduzierten Durchmessers, der sich axial von dem
zweiten Ende 44 erstreckt, um an einer Schulter 48 zu enden,
und einem zweiten Abschnitt 50 reduzierten Durchmessers, mit
einem Durchmesser kleiner als derjenige des ersten
reduzierten Abschnitts 46, der benachbart zu dem zweiten Ende 44
gelegen ist und sich axial von diesem erstreckt, und zwar um
eine Entfernung geringer als der erste reduzierte Abschnitt,
um an einer Schulter 52 zu enden.
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Ein einstückiges Lager 54 richtet das Ventilbauteil 36 mit
dem Ventilsitz 24 aus. Das Lager 54 umfaßt einen unteren
Lagerabschnitt 55 mit einer Öffnung 56, die sich dorthindurch
erstreckt, und zwar in koaxialer Ausrichtung mit dem
Ventilsitz 24, und die so konfiguriert ist, daß sie den
Ventilschaft 38 in einer Gleitbeziehung damit führt. Um den
äußeren Umfang des unteren Lagerabschnitts 55 herum sind Mittel
wie ein Flansch 57 positioniert, die mit der Lagerausnehmung
26 in Eingriff gelangen, um das Lager 54 in präziser
Ausrichtung mit dem Ventilsitz 24 zu positionieren.
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Nach außen von dem unteren Lagerabschnitt 55 aus durch die
Öffnung 30 in der Abdeckungseinrichtung 27 steht ein Steg 58
vor, der jeweils Zwischen- und obere Lagerabschnitte 59 und
60 trägt, und zwar in paralleler beabstandeter Beziehung zum
unteren Lagerabschnitt 55. Der Zwischenlagerabschnitt 59 und
der obere Lagerabschnitt 60 weisen jeweils Öffnungen 61 und
62 auf, die sich dorthindurch erstrecken in koaxialer
Ausrichtung mit dem Ventilsitz 24 und einer unteren
Lageröffnung 56, um den Ventilschaft 38 in einer Gleitbeziehung
damit zu führen. Die Beabstandung der Lagerabschnitte 55, 59
und 60 ist derart, daß ein minimales Ausmaß axialer
Fehlausrichtung der Ventilanordnung 34 relativ zu dem Ventilsitz 24
auftritt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das
Lager
54 in einem Pulvermetallprozeß aufgebaut, wobei ein
Stift in der Pulverpreßmaschine dazu verwendet wird, die
Lageröffnungen 56, 61 und 62 zu erzeugen. Dieser Prozeß
gestattet eine sehr präzise Öffnungspositionierung und einen hohen
Genauigkeitsgrad bezüglich der Anordnung des
Lagerpositionierungsflansches 57, da das gesamte Teil zur selben Zeit und
in dem gleichen Werkzeug gebildet wird.
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Eine Leckage von Abgas aus der Ablaßkammer 18 heraus
zwischen dem Ventilschaft 38 und dem unteren Lagerabschnitt 55
ist unerwünscht aufgrund der Freigabe unbehandelten Abgases
an die Atmosphäre und auch wegen der nachteiligen
Auswirkung, die Ruß und andere Verunreinigungen auf die Leistung
und Dauerhaftigkeit des Lagers 54 und der
Betätigungsvorrichtung 68 haben.
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Im Fall einer Abgasleckage zwischen dem Ventilschaft 38 und
dem unteren Lagerabschnitt 55 ist es nicht wünschenswert,
daß entweichendes Gas auf die Betätigungsvorrichtung 68
auftrifft. Feuchtigkeit, die von dem Abgas getragen wird, kann
während eines Betriebs bei kaltem Wetter gefrieren, wodurch
eine richtige Betätigungsvorrichtungs- und infolgedessen
EGR-Ventil-Funktionsweise gestört wird. Der
Zwischenlagerabschnitt 59 wirkt als ein Abgasdeflektor, um die Strömung
irgendwelchen entweichenden Abgases, das sich entlang des
Ventilschafts 42 bewegt, umzuleiten.
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Die Betätigungsvorrichtung 68 ist an dem zweiten Ende 44 der
Ventilanordnung 34 angeordnet, um das Ventilbauteil 36 in
und außer Eingriff mit dem Ventilsitz 24 zu betätigen,
wodurch gestattet wird, daß Abgas aus der Ablaßkammer 18
herausströmt. Die Betätigungsvorrichtung 68 umfaßt ein Gehäuse
70, das fest in beabstandeter Beziehung zu der Basis 12
durch Abstandsstücke 32 und Halteschrauben 33 gehalten wird.
Eine Spulenanordnung 72 ist innerhalb des Gehäuses 70
angeordnet,
wobei eine nichtmagnetische Armaturhülse 74 in einem
hohlen zylindrischen zentralen Abschnitt davon angeordnet
ist. Ein Armaturkern 76 ist innerhalb der Hülse 74 zur
Hin- und Herbewegung relativ zu der Hülse 74, der Spulenanordnung
72 und dem Gehäuse 70 angebracht. Der Armaturkern 76 weist
in koaxialer Ausrichtung mit dem Ventilsitz 24 einen sich
axial erstreckenden hohlen zentralen Bereich 78 auf, in den
sich ein Ventilschaft 38 hinein erstreckt. Ein zentraler
Steg 80 mit oberen bzw. unteren Flächen 82 bzw. 84,
erstreckt sich lateral über den hohlen zentralen Bereich 78. Der
Steg 80 weist eine Dicke in der axialen Richtung auf, die
geringer ist als die axiale Länge des ersten reduzierten
Abschnitts 46 des Ventilschaftendes 44. Zusätzlich ist eine
sich axial erstreckende Öffnung 86 mit einem Durchmesser
größer als demjenigen des ersten reduzierten Abschnitts 46 des
Ventilschaftendes 44 in dem Steg 80 ausgebildet. Wie in
Figur 1 gezeigt, erstreckt sich das Ventilschaftende 44 durch
die Öffnung 86 in dem Steg 80, wobei sich Raum in der
lateralen Richtung auf beiden Seiten des Ventilendes 44 erstreckt,
wodurch Platz für eine relative Bewegung zwischen dem
Armaturkern 76 und der Ventilanordnung 34 geschaffen wird. Diese
laterale Bewegung erleichtert die präzise koaxiale
Ausrichtung des Ventilschafts 38 relativ zu dem Ventilsitz 24 durch
das Lager 54. Eine Bindung des Schafts 38 kann ohne Vorsehen
einer derartigen Bewegung stattfinden, da eine präzise
Ausrichtung der Ventilanordnung 34 und der
Betätigungsvorrichtung 68 schwierig aufrechtzuerhalten ist aufgrund der vielen
Komponenten, die in das Positionieren des Armaturkerns 76
involviert sind.
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Um eine genaue Bewegung in der axialen Richtung zu schaffen
und dabei eine laterale Bewegung des Armaturkerns 76 relativ
zu der Ventilanordnung 34 zu berücksichtigen, ist eine
Ventilschafthalteanordnung vorgesehen, die eine untere
Armaturhaltescheibe 90 mit einer zentralen Öffnung 92 umfaßt, die
im wesentlichen dem Durchmesser des ersten reduzierten
Abschnitts 46 des Ventilschaftendes 44 entspricht. Die
Haltescheibe ist über dem Ende 44 des Ventilschafts 38
angeordnet, wo sie gegen eine Schulter 48 in einer Haltebeziehung
zur unteren Fläche 84 des zentralen Stegs 80 ruht. Auf
ähnliche Weise weist eine obere Armaturhaltescheibe 94 eine
zentrale Öffnung 96 auf, die im wesentlichen dem Durchmesser
des zweiten reduzierten Abschnitts 50 des Ventilschaftendes
44 entspricht. Die obere Armaturhaltescheibe 94 ruht gegen
eine Schulter 52 des Ventilschaftendes 44 in einer
Seitean-Seite-Beziehung mit der oberen Fläche 82 des zentralen
Stegabschnitts 80. Eine Ausnehmung 98, die in der oberen
Fläche der oberen Haltescheibe 94 ausgebildet ist, gestattet,
daß das Ende des zweiten reduzierten Abschnitts 50 des
Ventilschaftendes 44 nach unten gedreht wird in die Ausnehmung
hinein, um die Ventilanordnung 34 an dem Armaturkern 76 zu
befestigen. Um irgendeine vertikale Bewegung des
Armaturkerns 76 relativ zu der Ventilanordnung 34 zu minimieren,
kann ein Armaturvorspannmittel wie beispielsweise eine
Federunterlegscheibe 100 zwischen der unteren Haltescheibe 90 und
der unteren Fläche 84 des Steges 80 angeordnet sein.
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Die Komponenten der Ventilschafthalteanordnung 88 sind so
gewählt, daß sie eine Größe aufweisen, die eine laterale
Bewegung zwischen der Anordnung und der inneren Wand des hohlen
Bereiches 78 des Armaturkerns 76 gestattet. Infolgedessen
ist während des Betriebs der Armaturkern 76 in der Lage zu
einer lateralen Bewegung relativ zu dem Ventilschaftende 44
aufgrund des innerhalb der Öffnung 86 geschaffenen Raumes.
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Um irgendeine axiale Bewegung des Armaturkerns 76 relativ zu
der Ventilanordnung 34 zu minimieren, die durch
Toleranzvariationen zwischen dem Ventilschaft 38, dem Armaturkern 76
und der Ventilschafthalteanordnung 88 verursacht werden
können, können Armaturvorspannmittel wie beispielsweise eine
Federunterlegscheibe 100 zwischen einer der
Armaturhaltescheiben 90, 94 und dem Armatursteg 80 angeordnet sein. Die
Federunterlegscheibe 100 ist vorzugsweise zwischen der unteren
Haltescheibe 90 und der unteren Fläche 82 des Armaturstegs
angeordnet, so daß sich die Armatur 76 gegen eine feste
Scheibe 94 bewegt, wenn das Ventil 36 geöffnet wird, wodurch
Ansprechzeit und Dauerhaftigkeit maximiert werden.
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Lüftungsdurchgänge 106 erstrecken sich axial durch den
Stegabschnitt 80. Die Durchgänge verhindern, daß ein Druck- oder
Vakuumzustand auf einer der beiden Seiten des Armaturkerns
76 während einer Hin- und Herbewegung auftritt, was die
Ansprechzeit des EGR-Ventils beeinträchtigen würde.
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Um das Eindringen von Schmutz und anderen Verunreinigungen
zu verhindern, die den Betrieb der Betätigungsvorrichtungen
68 beeinträchtigen können, schließt eine Armaturkerndichtung
108 die zentrale Öffnung in der Spulenanordnung 72, in der
der Armaturkern 76 angeordnet ist. Die Armaturkerndichtung
108 weist eine darin ausgebildete Öffnung auf, durch die die
Ventilanordnung 34 verläuft. Zusätzlich wird die
Kerndichtung 108 an Ort und Stelle durch eine Druckfeder 109
gehalten, die sich zwischen der Dichtung und der
Abdeckungsanordnung 27 erstreckt, wie in Figur 1 gezeigt.
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Ein Ventilpositionssensor 102 ist auf dem Oberteil des
Gehäuses 70 angebracht und weist einen Nachläufer 104 auf, der
axial mit dem hohlen Bereich 78 des Armaturkerns 76
ausgerichtet ist und sich in diesen hinein erstreckt, um mit der
oberen Haltescheibe 94 in Eingriff zu gelangen. Der
Nachläufer 104 ist gegen den Armaturkern 76 durch eine Rückholfeder
(nicht gezeigt) vorgespannt, die eine Bewegung der
Armaturund Ventilanordnung in axialer Weise bewirkt, um das
Ventilbauteil 36 in den Ventilsitz 24 zu setzen, wenn die
Betätigungsvorrichtung nicht in Betrieb ist.
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Die vorstehend beschriebene
Abgasrezirkulationsventilanordnung kann ein Lagerbauteil schaffen, das eine präzise
Ausrichtung des Ventils mit dem Ventilsitz gestattet, wodurch
eine Leckage an dem Ventilbauteil vorbei minimiert und eine
genaue Messung der Abgasrezirkulation gewährleistet wird.
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Das Lagerbauteil ist so konfiguriert, daß es das Auftreffen
irgendwelchen entweichenden Abgases auf die
Ventilbetätigungsvorrichtung minimiert, indem die Gasströmung entlang
der Oberfläche des Ventilschafts 38 unterbrochen wird,
wodurch das Gas weg von der Betätigungsvorrichtung 38
gerichtet wird.