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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Abgasrückführventile (EGR
= Exhaust Gas Recirculation), wie sie bei der Abgasemissionsregelung
von Brennkraftmaschinen verwendet werden, und insbesondere eine
neuartige Konstruktion für
ein EGR-Ventil mit Ventilschaft.
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Hintergrund und Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Abgasrückführung ist
eine Technik, die dazu benutzt wird, den Stickoxidgehalt von Brennkraftmaschinen-Abgasen
zu reduzieren. Ein EGR-Ventil steuert die Menge des Abgases, das
zurückgeführt wird,
um es mit einem frischen Luft-Kraftstoff-Ansaugstrom zu mischen, der in den Brennkammerraum
einer Brennkraftmaschine eintritt. Ein Tellerventil kann für eine veränderliche
Drosselung sorgen, deren Genauigkeit der Genauigkeit entspricht, mit
der ein metallischer Ventilschaft relativ zu einem metallischen
Ventilsitz positioniert werden kann. Eine Möglichkeit, eine präzisere Positionierung
eines EGR-Ventils mit Ventilschaft und somit eine bessere Regelung
zu erzielen, besteht darin, das EGR-Ventil elektrisch zu betätigen, beispielsweise
durch Einsetzen eines Elektromagnet-Aktuators in das EGR-Ventil.
Vorbekannte Patente offenbaren verschiedene Ausführungsformen von magnetbetätigten Tellerventilen.
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Ein
Beispiel eines vorbekannten Patentes ist das
USA-Patent No. 3,927,650 . Dieses
Patent offenbart eine Steuerventilanordnung für ein EGR-System mit einer
Untereinheit, die längs
einer zentralen Achse der Steuerventilanordnung angeordnet ist.
Die Untereinheit hat eine untere Position, wobei ein unterer Rand
einen Teil einer Bohrung definiert und ein zentraler Stift in der
Bohrung angeordnet ist. Die Anordnung enhält eine einzelne Membran, die
auf komplementäre
und überlagerte
Wirkun gen des unteratmosphärischen
Drucks, der in einem von dem Rand des Drosselorgans geschnittenen
Ansaugkanalschlitzes erzeugt wird, und des überatmosphärischen Drucks im Abgaskanal
anspricht. Die Anordnung steuert ferner die Rückführung von Abgasen aus den Ansaugkanal-Abgasquerkanälen zu den
Ansaugkanälen.
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In
einem typischen Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine wird
die Brennkraftmaschine angelassen, wenn das Fahrzeug betrieben werden
soll, und im übrigen
abgeschaltet. Im Laufe ihrer Lebensdauer erfahren die Brennkraftmaschine
und die unmittelbar damit zusammenhängenden Bauteile einschließlich eines
EGR-Ventils sich wiederholende thermische Zyklen. Im Laufe der Zeit
können
sich Kohlenstoffablagerungen an einem EGR-Ventilelement und -ventilsitz
bilden, die die Genauigkeit der EGR-Steuerung, selbst bei einem
magnetbetätigten EGR-Ventil,
beeinträchtigen.
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Die
vorliegende Erfindung befaßt
sich mit dem Kohlenstoffablagerungsproblem und bietet eine Lösung, die
das Problem dadurch entschärft,
daß es Kohlenstoffablagerungen
im wesentlichen eliminiert oder zumindest reduziert, um das EGR-System
mit bestehenden Bestimmungen besser in Einklang zu bringen.
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Die
Erfindung beruht zum Teil auf der Erkenntnis, daß die thermische Trägheit von
EGR-Ventilteilen einen Beitrag zu Kohlenstoffablagerungen leistet.
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird somit die thermische Trägheit des
Ventilschaft-Kopfes reduziert, jedoch in einer Art und Weise, die
unabhängig
ist von einer erwünschten
geometrischen Beziehung zwischen dem Ventilkopf und dem Ventilsitz, welche
die Ventildrosselung als Funktion der Ventilschaftposition relativ
zu dem Ventilsitz definiert, und die Herstellung dieser Beziehung
ermöglicht.
Die Erfindung ermöglicht
somit eine Formgebung des Ventilkopfes durch einfache Bearbeitungsverfahren,
um seine Masse und somit seine thermische Trägheit zu verringern, ohne die
Herstellung einer derartigen geometrischen Beziehung zwischen dem
Ventilkopf und dem Ventilsitz zu beeinträchtigen. Die Massereduzierung
trägt ferner
zu einem schnelleren Ansprechverhalten des EGR-Ventils bei, und
zwar insbesondere bei einem magnetbetätigten Hochgeschwindigkeits-Ventil,
das einen Aufbau wie hier offenbart hat.
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Die
Prinzipien der Erfindung lassen sich der folgenden Offenbarung von
Einzelheiten eines Ausführungsbeispiels
ableiten, das die zur Zeit für
am besten gehaltene Ausführungsform
zum praktischen Umsetzen der Erfindung darstellt. Die der Offenbarung
beigefügten
Zeichnungen zeigen im einzelnen ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Abgasrückführventil (EGR-Ventil) für eine Brennkraftmaschine,
mit einem Gehäuse,
das mit einem Grundkörper
versehen ist, einem Einlaß,
an dem rückzuführendes
Abgas der Brennkraftmaschine in den Grundkörper einströmt, einem Kanal, der durch
den Grundkörper
verläuft,
um durch den Eingang eingeströmtes Abgas
zu fördern,
einem Auslaß,
an dem durch den Kanal geströmtes
Abgas den Grundkörper
verläßt, einem
ringförmigen
Ventilsitz, der in dem Kanal konzentrisch zu einer imaginären Achse
angeordnet ist, einem Ventilschaft, der innerhalb des Gehäuses zwecks
wahlweiser Positionierung längs
der Achse angeordnet ist, wobei der Ventilschaft eine Stange und
einen Kopf aufweist, der an einem Ende der Stange angeordnet und
dem Ventilsitz zugeordnet ist, um das Ausmaß der Strömung durch den Kanal in Abhängigkeit
von der Position des Ventilschaftes längs der Achse wahlweise einzustellen,
Betätigungsmitteln
zum wahlweisen Positionieren des Ventilschaftes längs der
Achse zwecks wahlweiser Positionierung des Kopfes bezüglich des
Ventilsitzes, wobei der Ventilschaft-Kopf und der Ventilsitz entsprechende
schräg
verlaufende Flächen
aufweisen, die sich schließend
aneinander anlegen, wenn der Ventilschaft durch die Betätigungsmittel
in die Schließstellung
verstellt wird, und die sich voneinander trennen, um eine Strömung durch
den Kanal zu ermöglichen,
wenn der Ventilschaft durch die Betätigungsmittel in eine ausgewählte Öffnungsstellung
verstellt wird, wobei der Ventilschaft-Kopf eine Endfläche hat, die
mit Abstand zu einer Stelle axial jenseits der betreffenden schräg verlaufenden
Flächen
relativ zu der Ventilschaft-Stange angeordnet ist, und ein zentrales Sackloch
sich von der Endfläche
des Ventilschaft-Kopfes axial bis mindestens zu einer Stelle axial
jenseits der entsprechenden schräg
verlaufenden Flächen
erstreckt, wenn die entsprechenden schräg verlaufenden Flächen schließend aneinander anliegen,
um dadurch den Ventilschaft-Kopf mit einer um diese Achse herum
angeordneten schürzenartigen
Wand zu versehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz eine kreiszylindrische
Fläche
unmittelbar axial innerhalb der schräg verlaufenden Fläche des
Ventilsitzes relativ zu der Ventilschaft-Stange aufweist und der
Ventilschaft-Kopf eine weitere schräg verlaufende Fläche unmittelbar
axial innerhalb der schräg
verlaufenden Fläche
des Ventilschaft-Kopfes relativ zu der Ventilschaft-Stange aufweist,
die an der schräg
verlaufenden Fläche
des Ventilsitzes schließend
anliegt, wenn sich der Ventilschaft in der Schließstellung
befindet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine teilweise geschnittene Längsansicht
eines elektrischen EGR-Ventils
(EEGR-Ventils), das die Prinzipien der Erfindung verkörpert.
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2 ist
eine Draufsicht auf eines der Teile des EEGR-Ventils für sich,
nämlich
auf einen Ventilsitz.
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3 ist
eine fragmentarische Querschnittsansicht in Blickrichtung der Pfeile
3-3 in 2.
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4 ist
eine Seitensicht eines anderen Teils des EEGR-Ventils für sich in
einem größeren Maßstab, nämlich eines
Ventilschaftes.
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5 ist
eine Ansicht von oben in 4.
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6 ist
eine fragmentarische Querschnittsansicht in Richtung der Pfeile
6-6 in
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5 in
einem größeren Maßstab.
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7 ist
eine Ansicht von unten in 6 im gleichen
Maßstab.
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Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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Die
Zeichnungsfiguren zeigen ein elektrisches EGR-Ventil (EEGR-Ventil) 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie 1 zeigt, umfaßt die allgemeine
Anordnung des EEGR-Ventils 10 einen metallischen Grundkörper 12,
einen allgemein zylindrischen metallischen Gehäusemantel 14, der
an der Oberseite des Grundkörpers 12 angeordnet
und an diesem befestigt ist, und eine Sensor-Kappe 16,
die einen Verschluß für die im übrigen offenen
Oberseite des Gehäusemantels 14 bildet.
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Der
Grundkörper 12 hat
eine ebene Unterseite zur Anlage an einer Fläche einer Abgasleitung einer
Brennkraftmaschine, wobei typischerweise eine entsprechend geformte
Dichtung (nicht gezeigt) zwischen ihr und der Leitung sandwichartig
eingespannt ist. Der Grundkörper 12 hat
einen Flansch mit Durchgangslöchern
(nicht gezeigt), die für
die getrennte Befestigung des EEGR-Ventils 10 an eine Abgasleitung
vorgesehen sind. Beispielsweise kann die Leitung zwei Gewindebolzen
enthalten, die durch die Durchgangslöcher des Flansches verlaufen
und an deren freien Enden zuerst Sperrscheiben angeordnet werden,
gefolgt von Mutter, die auf die Gewindebolzen gesetzt und angezogen
werden, um den Grundkörper 12 gegen
die Leitung zu drücken,
wodurch eine strömungsmitteldichte
Verbindung zwischen dem Ventil 10 und der Leitung erzeugt
wird. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Hauptlängsachse des
EEGR-Ventils 10.
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Die
Sensorkappe 16 ist ein nicht metallisches Teil, das vorzugsweise
aus einem geeigneten polymeren Material hergestellt ist. Zusätzlich dazu, daß die Sensorkappe 16 einen
Verschluß für das im übrigen offene
obere Ende des Gehäusemantels 14 sorgt,
hat sie einen zentralen zylindrischen „Turm” 20 und einen Mantel 22 eines
elektrischen Verbinders, welcher aus dem Turm 20 radial
nach außen
vorsteht. Der Turm 20 hat ein hohles Inneres, das so geformt
ist, daß es
einen Positionssensor beherbergt, der dazu benutzt wird, den Öffnungsgrad
des EEGR-Ventils 10 zu erfassen. Die Sensorkappe 16 enthält ferner
mehrere elektrische Kontakte T, welche für eine Verbindung einer Magnetspulenanordnung
(die weiter unten beschrieben wird) und des Positionssensors mit
dem elektrischen Steuersystem der Brennkraftmaschine sorgen. Die
Enden der Kontakte T werden von dem Mantel 22 umgeben,
um einen elektrischen Verbinderstecker 24 zu bilden, der
an einen entsprechenden Stecker (nicht gezeigt) eines elektrischen
Kabelbaumes des elektrischen Steuersystems der Brennkraftmaschine
angepaßt
ist. Ein metallischer Spannring 26 befestigt die Sensorkappe 16 an
dem Gehäusemantel 14.
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Der
Grundkörper 12 besitzt
einen Abgaskanal 28 mit einem Einlaß 30, der zu der Achse 18 koaxial
ist, und einem Auslaß 32,
der zu dem Einlaß 30 radial
beabstan det ist. Sowohl der Einlaß 30 wie auch der
Auslaß 32 sind
entsprechenden Kanälen
in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine ausgerichtet.
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Ein
Ventilsitz 34 (der in den 2 und 3 für sich allein
dargestellt ist) ist in dem Kanal 28 koaxial zu dem Einlaß 30 angeordnet.
Eine Anker-Ventilschaft-Anordnung 36, die koaxial zu der
Achse 18 verläuft,
umfaßt
einen Ventilschaft 38 (der in den 4 bis 7 für sich allein
dargestellt ist) und einen Anker 40. Der Ventilschaft 38 besteht
aus einer Stange 42 mit einem Ventilkopf 44 am
unteren Ende und einem Gewindebolzen 46 am anderen Ende.
Die Stange 42 hat eine rechtwinklige Schulter 48,
die unmittelbar unterhalb des Gewindebolzens 46 angeordnet
und diesem Ende des Ventilschaftes zugewandt ist. Der Ventilkopf 44 ist
so geformt, daß er
mit einer ringförmigen
Sitzfläche
zusammenwirkt, die in dem Sitz 34 durch ein zentrales Durchgangsloch
im Ventilsitz 34 gebildet ist. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung
beruhen auf bestimmten Merkmalen des Ventilkopfes 44 und
seiner Beziehung zu dem Ventilsitz 34, und sie werden im
einzelnen weiter unten beschrieben. Der Gewindebolzen 46 sorgt
für eine
Befestigung des Ventilschaftes 38 am Anker 40 durch Befestigungsmittel,
die eine Beilagscheibe 50, eine gewellte Federscheibe 52 und
eine Mutter 54 umfassen. 1 zeigt
die Schließstellung
des EEGR-Ventils 10, in der der Ventilkopf 44 geschlossen
an dem Ventilsitz 34 anliegt.
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Das
EEGR-Ventil 10 umfaßt
ferner ein unteres Statorteil 56, ein oberes Statorteil 58 und
eine Magnetspulenanordnung 60. Das untere Statorteil 56 hat
einen kreisförmigen
Flansch 62, wobei unmittelbar unter diesen eine zylindrische
Wand 64 kleineren Durchmessers und unmittelbar darüber eine
konisch-zylindrische Wand 66 angeordnet ist. Ein Durchgangsloch
verläuft
zentral durch das Statorteil 56 und hat eine rechtwinklige
Schulter 68 an der Unterseite der Wand 66, was
dem oberen Abschnitt des Durchgangsloches einen größeren Durchmesser
als dem unteren Abschnitt des Durchgangsloches verleiht. Die obere
Randfläche
der Wand 66 ist relativ spitz verlaufend, und wenngleich
sie eine endliche radiale Dicke hat, ist diese Dicke erheblich kleiner
als die radiale Dicke an der Unterseite der Wand 66. Der relativ
spitze konische Verlauf der Wand 66 hat den Zweck, die
magnetischen Eigenschaften eines die Stator teile 56, 58 umfassenden
Magnetkreises, der später
noch genauer beschrieben wird, zu verstärken.
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Das
obere Statorteil 58 ist dem unteren Statorteil 56 so
zugeordnet, daß sie
einen Luftspalt 70 in dem magnetischen Kreis bilden. Das
Statorteil 58 hat eine geradlinige zylindrische Seitenwand 72 mit
einem Flansch 74, der sich um ihre Außenseite in der Nähe ihres
oberen Endes erstreckt. Ein Schlitz in einem Abschnitt des Flansches 74 bildet
einen Freiraum für
eine elektrische Verbindung von der Magnetspulenanordnung 60 zu
bestimmten Kontakten T der Sensorkappe 16.
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Die
Magnetspulenanordnung 60 ist in den Gehäusemantel 14 zwischen
den Statorteilen 56 und 58 angeordnet. Die Magnetspulenanordnung 60 umfaßt einen
nicht metallischen Spulenträger 76 mit
einem zur Achse 18 koaxialen geradlinigen rohrzylindrischen
Kern und einem oberen und unteren zylindrischen Flansch an den entgegengesetzten
axialen Enden des Kerns. Eine Magnetdrahtlänge ist zwischen den Flanschen
auf den Kern gewickelt, um eine elektromagnetische Spule 78 zu
bilden.
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Der
Spulenträger
ist vorzugsweise ein spritzgegossenes Kunststoffteil, das eine Dimensionsstabilität über einen
Bereich von Temperaturextremwerten besitzt, wie sie beim Betrieb
in Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen typischerweise anzutreffen
sind. Zwei elektrische Kontakte 80 (von denen nur einer
in 1 erscheint) sind in nach oben offenen Aufnahmen
an der Oberseite des oberen Spulenflansches angebracht, und ein
entsprechendes Endsegment des die Spule 78 bildenden Magnetdrahtes
ist mit einer entsprechenden Klemme 80 elektrisch verbunden.
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Die 1 zeigt
einen von zwei aufrechten Pfosten 118, die diametral gegenüberliegend
zueinander an der Oberseite des oberen Spulenflansches vorgesehen
sind. Die Pfosten 118 verlaufen durch entsprechende Löcher in
dem Flansch 74 des oberen Statorteils 58. Die 1 zeigt
den Zustand der Pfosten, nachdem sie durch die Flanschlöcher geführt wurden,
so daß die
obere Seite des oberen Spulenflansches an der Unterseite des oberen
Statorflansches anliegt. In diesem Zustand sind die Enden der Pfosten
aus ihrer vorher geraden Form, in der sie durch die Flanschlöcher durchgeführt werden
konnten, zu pilzförmigen
Köpfen 120 verformt,
die an dem oberen Statorflansch anliegen, um den Statorflansch zwischen
sich und dem oberen Statorflansch festzuhalten. Es ist zu beachten,
daß die 1 den
einen Pfosten 118 und seinen Kopf 120 zu Veranschaulichungszwecken
in Umfangsrichtung um 90° aus
ihrer Stellung versetzt zeigt, und es versteht sich, daß keiner
der beiden Pfosten den elektrischen Kontakten 80 diametral
gegenüberliegt,
sondern in Umfangsrichtung um 90° zu
den Kontakten 80 versetzt sind. Eine wellenförmige Federscheibe 122 ist
um die Außenseite
der Wand 66 herum angeordnet und zwischen dem unteren Flansch
des Spulenträgers 76 und
dem Flansch 62 des unteren Statorteils 56 geringfügig zusammengedrückt. Die
wellenförmige
Federscheibe 122 dient dazu, sicherzustellen, daß der obere
Spulenflansch in Anlage mit dem oberen Statorflansch 74 bleibt,
falls aus irgendeinem Grund wie z. B. einer unterschiedlichen thermischen
Ausdehnung die Spulenflanschbefestigung um oberen Flansch lose werden
sollte.
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Die
Sensorkappe 16 ist ebenfalls ein spritzgegossenes Kunststoffteil,
wobei zwei der Kontakte T mit den Kontakten 80 verbunden
sind, um für
eine elektrische Verbindung der Spule 78 mit dem elektrischen
Steuersystem der Brennkraftmaschine zu sorgen.
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Die
präzise
relative Positionierung der beiden Statorteile 56, 58 ist
wichtig zum Erzielen des erwünschten
Luftspaltes 70 in einem Magnetkreis, der von den beiden
Statorteilen und dem Gehäusemantel 14 gebildet
wird, welche sämtlich
ferromagnetisch ausgebildet sind. Ein Abschnitt des Ankers 40 überspannt
in axialer Richtung den Luftspalt 70 radial innerhalb der
Wände 66 und 72.
Eine nicht magnetische Hülse 82 ist
so angeordnet, daß sie
mit den beiden Statorteilen und der Anker-Ventilschaft-Anordnung 36 zusammenwirkt.
Die Hülse 82 hat
eine geradlinige zylindrische Wand, die sich von einer nach außen gekrümmten Lippe
an ihrem oberen Ende wegerstreckt, um den Anker 40 von
den beiden Statorteilen zu trennen. Die Hülse 82 hat eine untere
Endwand 84, die so geformt ist, daß sie einen schüsselförmigen Federfänger für ein unteres
axiales Ende einer Schraubenfeder 86 bildet, um ein kleines
kreisförmiges
Loch für
den Durchtritt einer Ventilschaft-Stange 42 und auch, wie
später
erläutert
wird, einen Anschlag zum Begrenzen der Abwärtsbewegung des Ankers 40 zu
bilden.
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Die
Führung
der Anker-Ventilschaft-Anordnung 36 auf der Achse 18 erfolgt
durch ein Loch in einem Lagerteil 88, das mit Preßsitz zentral
an dem unteren Stator teil 56 befestigt ist. Die Ventilschaft-Stange 42 hat
einen präzisen,
jedoch reibarmen Gleitsitz in dem Loch des Lagerteils.
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Der
Anker 40 ist ferromagnetisch ausgebildet und hat eine zylindrische
Wand 90, die koaxial zu der Achse 18 verläuft, und
eine quer verlaufende innere Wand 92, die quer über die
Innenseite der Wand 90 bei ungefähr der Mitte über der
Länge der
Wand 90 verläuft.
Die Wand 92 hat ein zentrales kreisförmiges Loch, durch das das
obere Ende des Ventilschaftes 88 am Anker 40 befestigt
werden kann, und zwar durch Befestigungsmittel, die die Beilagscheibe 50, die
wellenförmige
Federscheibe 52 und die Mutter 54 umfassen. Die
Wand 92 hat ferner kleine Ablaßlöcher 94, die zu ihrem
zentralen kreisförmigen
Loch beabstandet und gleichmäßig um es
herum verteilt sind.
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Die
Beilagscheibe 50 ermöglicht
den Durchtritt des oberen Endabschnittes des Ventilschaftes 38,
um eine Anlage zu bilden, die das obere Ende der Feder 86 zur
Anlage an der Unterseite der Wand 92 im wesentlichen zentriert
und eine gewünschte
axiale Lage des Ankers 40 relativ zu dem Luftspalt 70 einstellt.
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Der
Außendurchmesser
der Mutter 54 hat gerade zylindrische Endabschnitte, zwischen
denen ein größerer polygon
geformter Abschnitt 96 (d. h. ein Sechskant) vorhanden
ist. Der untere Endabschnitt der Mutter 54 hat einen Außendurchmesser,
der für ein
radiales Spiel zu dem zentralen Loch in der Ankerwand 92 sorgt.
Wenn die Mutter 54 auf den Gewindebolzen 46 aufgeschraubt
wird, wird die Federscheibe 52 zwischen der unteren Schulter
des Sechskants 96 und der das zentrale Loch in der Wand 92 umgebenden
Fläche
der Wand 92 axial zusammengedrückt. Die Mutter wird soweit
angezogen, daß die
Schulter 48 an der Beilagscheibe 50 anliegt, um
die obere ebene Endfläche
der Beilagscheibe 50 zur Anlage an der ebenen Unterseite
der Wand 92 mit einer bestimmten Kraft zu bringen. Die
Mutter 54 liegt jedoch nicht an der Beilagscheibe 50 an.
Die Federscheibe 52 ist zu diesem Zeitpunkt nicht vollständig axial
zusammengedrückt,
und diese Art der Verbindung ermöglicht
es, daß sich
der Anker 40 selbst in der Hülse 82 positioniert,
um sich für
die Führung des
Ventilschaftes, die durch das Lagerteil 88 erfolgt, besser
auszurichten. Die Hysterese wird dadurch zu einem Minimum, daß Seitenkräfte, die
bei Betrieb des Ventils von dem Ventilschaft auf den Anker oder vom
Anker auf den Ventilschaft übertragen
werden, zu einem Mini mum gemacht werden. Die offenbarten Mittel
zur Befestigung des Ventilschaftes am Anker sind zu diesem Zweck
in hohem Maße
geeignet.
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Die
Hülse 82 ist
innerhalb des Ventils fest positioniert, und ihre untere Endwand 84 ist
mit einem nach oben konvex gekrümmten
Rand ausgebildet, der die Oberseite ihres Federfängers umgibt und in der abwärts verlaufenden
Bewegungsbahn des Ankers angeordnet ist. Zwischen diesem nach oben konvex
gekrümmten
Rand und der Seitenwand der Hülse
ist ein nach unten konvex gekrümmter
Rand vorgesehen, der an der Schulter 68 des unteren Statorteils 56 anliegt,
so daß die
Hülse einen
Anschlag für
den Anker 40 bildet, der die Abwärtsbewegung der Anker-Ventilschaft-Anordnung 36 begrenzt.
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Die
in 1 gezeigte Schließstellung stellt sich ein,
wenn die Magnetspulenanordnung 60 nicht durch elektrischen
Strom aus dem elektrischen Steuersystem der Brennkraftmaschine erregt
wird. In diesem Zustand bewirkt die von der Feder 86 erzeugte Kraft,
daß der
Ventilkopf 44 schließend
am Ventilsitz 34 anliegt. Ein Kolben 98, der dem
im Turm 20 der Sensorkappe 16 angeordneten Positionssensor
zugeordnet ist, ist gegen die ebene obere Endfläche der Mutter 54 von
selbst vorgespannt.
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Wenn
die Magnetspulenanordnung 60 zunehmend mit elektrischem
Strom aus dem Steuersystem der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird, bildet
sich in dem die beiden Statorteile 56, 58 und den
Gehäusemantel 14 umfassenden
Magnetkreis zunehmend ein Magnetfluß aus, der mit dem Anker 40 an
dem Luftspalt 70 über
die nicht magnetische Hülse 82 zusammenwirkt.
Dies erzeugt eine größer werdende,
abwärts
gerichtete magnetische Kraft, die auf den Anker 40 wirkt,
was zur Folge hat, daß der Ventilkopf 44 den
Abgaskanal 28 zunehmend öffnet. Die Ablasslöcher 94 stellen
sicher, daß der
Luftdruck bei der Bewegung des Ankers auf gegenüberliegenden Seiten des Ankers
ausgeglichen wird. Gleichzeitig wird die Feder 86 zunehmend
zusammengedrückt,
und der sich selbst vorspannende Kolben 98 hält den Kontakt
mit der Mutter 54, so daß der Positionssensor der Lage
der Anker-Ventilschaft-Anordnung 36 getreu folgt, um dem
Steuersystem der Brennkraftmaschine den Öffnungsgrad des Ventils zu
signalisieren.
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Der
Anker 40 wird durch Steuerung der axialen Abmessung der
Beilagscheibe 50 präzise
axial relativ zu dem Luftspalt 70 positioniert. Der axiale
Abstand zwischen dem Luftspalt und dem Ventilsitz wird gemessen.
Der axiale Abstand längs
des Ventilschaftes zwischen der Stelle, an der der Ventilkopf 44 am Ventilsitz
anliegt, und der Schulter 48 wird gemessen. Auf der Grundlage
dieser beiden Messsungen kann die axiale Abmessung der Beilagscheibe 50 so
gewählt
werden, daß sich
der Anker 40, wenn er am Ventilschaft befestigt ist und
an der Schulter 48 anliegt, in einer gewünschten
axialen Lage zu dem Luftspalt befindet.
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Der
Ventilsitz 34, der im Detail in den 2 und 3 dargestellt
ist, hat eine Ringform mit einem Durchgangsloch, das mit einer kegelstumpfförmigen Fläche 36a versehen
ist, die sich von der Oberseite des Ventilsitzes zu einer geraden
kreiszylindrischen Fläche 36 erstreckt,
die zu einer kegelstumpfförmigen
Fläche 36c an
der unteren Stirnfläche
des Ventilsitzes verläuft.
Ein kreisförmiger
Umfangsrand 99 verläuft
um die Außenseite
des oberen Endes des Ventilsitzes 34. Der Grundkörper 12 ist
mit einer Gegenbohrung versehen, die eine Schulter bildet, an der
der Rand 99 anliegt, wenn der Ventilsitz in den Grundkörper 12 eingepresst
und am Grundkörper befestigt
wird. Die Seitenwand des Ventilsitzes verläuft unterhalb des Randes 99 konisch
nach innen.
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Die
Fläche 36c endet
an dem inneren Rand einer ringförmigen
Fläche 37,
die senkrecht zur Achse 18 verläuft. Die Außenseite des Ventilsitzes umfaßt eine
kegelstumpfförmige
Fläche 36d,
die von dem äußeren Rand
der Fläche 37 parallel
zur Fläche 36a zum
inneren Rand einer ringförmigen
Fläche 36e verläuft, die
senkrecht zur Achse 18 ist. Da die Wand des Ventilsitzes
eine konstante Dicke zwischen den Flächen 36a und 36d hat,
wird die Temperaturänderung
längs der
Fläche 36a minimal,
um mitzuhelfen, Kohlenstoffablagerungen an der Fläche 36a zu
vermeiden. Ein Bereich „A” wird von
dem Grundkörper 12,
der Fläche 36d und
einer Fläche 36e umgeben. Dieser
Bereich „A” ist oberhalb
und weg vom unteren Rand der Fläche 104 angeordnet
und bildet einen Raum, in dem Kohlenstoffunreinheiten aufgefangen und
abgelagert werden können.
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Einzelheiten
des Ventilschaft-Kopfes 44 sind in den 4 bis 7 dargestellt.
Der Ventilkopf 44 hat einen äußeren Umfang, der so geformt
ist, daß er eine
gerade, kreiszylindrische Fläche 100 bildet,
von dessen unterem Rand eine kegelstumpfförmige Fläche 102 radial nach
außen
zu einer weiteren kegelstumpfförmigen
Fläche 104 eines
größeren Kegelwinkels,
jedoch einer kleineren axialen Abmessung im Vergleich zu der Fläche 102 verläuft. Der
Ventilschaft hat ferner eine gerade kreiszylindrische Fläche 106,
die sich von dem unteren Rand der Fläche 104 nach unten
zu einer ebenen Unterseite 107 erstreckt, welche allgemein
kreisförmig
ausgebildet ist, jedoch ein zentrales Sackloch 108 enthält, das
in dem Ventilkopf konzentrisch zu der Achse 18 nach oben
verläuft.
Dieses Sackloch hat eine Fase 100, die von der Fläche 107 zu
einer polygon geformten Fläche 112 verläuft, welche
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine sechseckige Form hat, um von einem entsprechend ausgebildeten
Werkzeug für Montagezwecke
erfaßt
werden zu können.
Unmittelbar weiter einwärts
der Fläche 112 befindet
sich eine gerade kreiszylindrische Fläche 114 eines Durchmessers,
der geringfügig
kleiner als der maximale Durchmesser quer über die Fläche 112 ist. Der innerste
Teil des Loches 108 bildet einen konisch geformten Raum 116,
der von der Fläche 114 zu
einer Spitze auf der Achse 18 verläuft. Wie in 1 zu
sehen ist, liegt die Fläche 104 schließend an
der Fläche 36c an,
wenn das EEGR-Ventil 10 geschlossen ist. Wichtig ist, daß der Kegelwinkel
der Fläche 104 vorzugsweise
um weniger als 1° kleiner
als der der Fläche 36c ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
beträgt
der Kegelwinkel der Fläche 36c 45° zu der Achse 18,
mit einer Toleranz von +1, –0°, während der
Kegelwinkel der Kopffläche 104 46° zur Achse 18,
mit einer Toleranz von +0, –1°, beträgt. Die
axiale Abmessung der Fläche 36c,
gemessen auf der Achse 18, ist 0,2 mm; die axiale Abmessung
der Fläche 104,
gemessen auf der Achse 18, ist geringfügig größer. Sowohl der Ventilschaft
wie auch der Ventilsitz bestehen aus kalt gezogenem rostfreien Stahl, wobei
der Ventilschaft eine geringfügig
größere Härte hat.
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Der
Ventilschaft ist somit nicht durchgehend massiv ausgebildet, sondern
kann als Ventilschaft mit einer schürzenartigen Wand an seinem
oberen Ende beschrieben werden, die von der Fläche 107 axial nach
oben deutlich vorbei an der Fläche 104 verläuft. Die
erwünschte
geometrische Beziehung der radial äußeren Flächen des Ventilschaft-Kopfes wie
der Fläche 104 zu
den radial inneren Flächen
des Ventilsitzes 34 wird durch das Loch 108 nicht
beeinträchtigt.
Diese Konstruktion verringert die Masse und somit die thermische
Trägheit
des Ventilschaft-Kopfes, was dazu dient, die Neigung zu Kohlenstoffablagerungen
zu eliminieren oder zumindest erheblich zu reduzieren. Die verringerte
Masse des Ventilschaftes erhöht
außerdem
die Ansprechgeschwindigkeit des Ventils.
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Wenngleich
im vorstehenden ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
offenbart wurde, versteht es sich jedoch, daß die Erfindung auch bei anderen
entsprechenden Ausführungsbeispielen
anwendbar ist, die im Schutzbereich der folgenden Ansprüche liegen.