EP0952331B1 - Abgasrückführventil - Google Patents

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EP0952331B1
EP0952331B1 EP99105366A EP99105366A EP0952331B1 EP 0952331 B1 EP0952331 B1 EP 0952331B1 EP 99105366 A EP99105366 A EP 99105366A EP 99105366 A EP99105366 A EP 99105366A EP 0952331 B1 EP0952331 B1 EP 0952331B1
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exhaust gas
gas recirculation
head
recirculation valve
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Armin Schürfeld
Dieter Thönnessen
Uwe Rothuysen
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Pierburg GmbH
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Pierburg GmbH
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    • F02M26/72—Housings

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas recirculation valve according to the preamble of the main claim.
  • Such an exhaust gas recirculation valve known from DE 43 38 192 A1 measures for reduction NOx emissions and to improve consumption in diesel engine exhaust depending on the operating point or map point of the intake engine combustion air to.
  • the exhaust gas recirculation valve is in a connecting line between the engine exhaust line and suction line, preferably arranged directly on the intake manifold.
  • the exhaust gas recirculation valve can be operated pneumatically or electrically. When the coil is energized a magnetic field builds up and moves the armature, which in turn hits a closing spring the valve opens via a valve rod. With the pneumatically operated exhaust gas recirculation valve is connected to the valve stem by applying a vacuum Diaphragm opened the valve against a spring.
  • the valve can be equipped with only one seat, but has in the illustrated, electrical Version for boost pressure compensation (and thus to reduce the required Positioning force) two seats connected in series.
  • the valve is used to meter the amount of exhaust gas returned to the intake air a position control via a potentiometer z. B. from the electromagnetic actuator in brought a defined opening position. With a pneumatic valve with position feedback the pressure in the working chamber is regulated accordingly.
  • exhaust gas recirculation especially of relatively cold exhaust gas, e.g. B. in operating conditions, in which the engine is not yet warmed up or with the help of exhaust gas cooling of heat exchangers to reduce NOx emissions, deposits occur of soot, paint and condensate in the area of the exhaust gas recirculation valve.
  • the invention has for its object this costly and environmentally harmful Avoid disturbance of the exhaust gas recirculation system.
  • the exhaust gas recirculation valve 1 is mounted on a suction pipe, not shown, that the exhaust gas inlet 2 is arranged in a chamber separate from the outlets 3. at an electromagnetic exhaust gas recirculation valve, a coil 4 is arranged in the drive head 5. This cooperates with an anchor 6, which is in operative connection with the Valve plate 8 carrying valve rod 9 via the respective locking elements 18, 21, 23, 24 stands.
  • the armature 6 interacts with a device 10 for position feedback, the output of which a computer, not shown, which processes further operating parameters is the opening adjustment of the exhaust gas recirculation valve and thus the recirculated Exhaust gas quantity determined.
  • the valve plate 8 cooperate with the valve seats 11.
  • the exhaust gas recirculation valve can also have a valve seat and a valve disk be executed.
  • the valve rod 9 is loaded by a spring 12 in the closing direction. To open the exhaust gas recirculation valve even when the valve disc is stuck and ensure valve seat, the valve operates as described below.
  • the plunger 15 has a reduced cross section 16 in the embodiment according to FIG. 1 in which radially at least one element 18 loaded by a spring 17, which is also known as Ball can be executed, engages.
  • the head 19 of the head directed against the Ram 15 is for reduced cross section 16 z.
  • B is conical and represents the element 18 is a run-up track. To overcome the forces of the spring 7, 17 must the magnet 4 generate a correspondingly high force.
  • valve head 13 follows through the non-positive connection by means of a spring 17 and element 18 the plunger 15 or the armature 6 depending on the current applied the solenoid 4.
  • the locking position is once by a Permanent magnet 21, which acts on a collar 22 of the plunger 15, the other by a generated at a predetermined force yielding plate spring 23 or a bow spring 24.
  • the plate spring 23 and the residual force of the magnet 21 simultaneously meet the Function of the return spring 7.
  • the drive head 5 as Known pneumatic actuator can be formed by a membrane in two Chambers is divided and an attachment attached to the membrane plates the effect of Anchor 6 takes over while storing the kinetic energy during acceleration and acts on the head 19 of the plunger 15 as soon as it is controlled by a valve Working chamber is subjected to negative pressure.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein solches aus der DE 43 38 192 A1 bekanntes Abgasrückführventil mißt zur Reduzierung der NOx-Emissionen und zur Verbrauchsverbesserung beim Dieselmotor Motorabgas betriebspunkt- bzw. kennfeldpunktabhängig der angesaugten Motorverbrennungsluft zu. Dazu ist das Abgasrückführventil in einer Verbindungsleitung zwischen Motorabgasleitung und Ansaugleitung, bevorzugt direkt am Saugrohr, angeordnet. Das Abgasrückführventil kann pneumatisch oder elektrisch betätigt werden. Bei Bestromung der Spule baut sich ein Magnetfeld auf und bewegt den Anker, der wiederum gegen eine Schließfeder über eine Ventilstange das Ventil öffnet. Beim pneumatisch betätigten Abgasrückführventil wird durch Unterdruckbeaufschlagung einer mit der Ventilstange verbundenen Membran das Ventil gegen eine Feder geöffnet.
Das Ventil kann mit nur einem Sitz ausgerüstet sein, hat aber in der dargestellten, elektrischen Ausführung zur Ladedruckkompensation (und damit zur Reduzierung der erforderlichen Stellkraft) zwei in Reihe geschaltete Sitze. Zur kennfeldabhängigen, genaueren Dosierung der zur Ansaugluft zurückgeführten Abgasmenge wird das Ventil mit Hilfe einer Lageregelung über ein Potentiometer z. B. vom elektromagnetischen Stellmotor in eine definierte Öffnungsstellung gebracht. Bei einem pneumatischen Ventil mit Lagerückmeldung wird der Druck in der Arbeitskammer entsprechend geregelt.
Durch Abgasrückführung besonders von relativ kaltem Abgas, z. B. bei Betriebsbedingungen, in denen der Motor noch nicht betriebswarm ist oder bei Abgaskühlung mit Hilfe von Wärmetauschern zur Verringerung der NOx-Emissionen, kommt es zu Ablagerung von Ruß, Lack und Kondensat im Bereich des Abgasrückführventils.
Diese Rückstände beaufschlagen auch die Dichtflächen am Ventilsitz und Ventilteller und führen in Phasen, in denen das Abgasrückführventil längere Zeit geschlossen ist, wie z. B. beim nächtlichen Abstellen des Fahrzeugs, zu Verklebungen zwischen Ventilsitz und -teller, die die maximale Öffnungskraft des elektromagnetischen Stellmotors bzw. der pneumatischen Membrandose um das Mehrfache übersteigen. Das Ventil läßt sich nicht mehr öffnen, die Funktion ist vollständig gestört, was die Umwelt belastet und einen Werkstattbesuch erforderlich macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese kostenträchtige und umweltbelastende Störung des Abgasrückführsystems zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Abgasrückführventil durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigen im Schnitt:
Fig. 1
ein Abgasrückführventil nach der Erfindung,
Fig. 2, 3 und 4
Varianten der Raststellung.
Das Abgasrückführventil 1 ist an einem nicht dargestellten Saugrohr so montiert, daß der Abgaseinlaß 2 in einer von den Auslässen 3 getrennten Kammer angeordnet ist. Bei einem elektromagnetischen Abgasrückführventil ist eine Spule 4 im Antriebskopf 5 angeordnet. Diese wirkt mit einem Anker 6 zusammen, der in Wirkverbindung mit einer die Ventilteller 8 tragenden Ventilstange 9 über die jeweiligen Rastelemente 18, 21, 23, 24 steht.
Der Anker 6 wirkt mit einer Einrichtung 10 zur Lagerückmeldung zusammen, deren Ausgang einem nicht dargestellten, weitere Betriebsparameter verarbeitenden Rechner zugeführt wird, der die Öffnungsverstellung des Abgasrückführventils und damit die rückgeführte Abgasmenge bestimmt. Die Ventilteller 8 wirken mit den Ventilsitzen 11 zusammen. Das Abgassrückführventil kann auch mit einem Ventilsitz und einem Ventilteller ausgeführt sein. Die Ventilstange 9 ist durch eine Feder 12 in Schließrichtung belastet. Um ein Öffnen des Abgasrückführventils auch bei Verklebung zwischen Ventilteller und Ventilsitz sicherzustellen, arbeitet das Ventil wie nachfolgend beschrieben.
In Ruhestellung ist zwischen einem Ansatz 14 des Ankers 6 und einem Kopf 13 der Ventilstange 9 unter Wirkung der zwischen diesen beiden Bauteilen auf einen Stößel 15 wirkenden Feder 7 ein Freiweg, der mit 'X' bezeichnet ist.
Der Stößel 15 weist in der Ausführung nach Fig. 1 einen verringerten Querschnitt 16 auf, in die radial mindestens ein von einer Feder 17 belastetes Element 18, das auch als Kugel ausgeführt sein kann, eingreift. Der gegen den Ansatz 14 gerichtete Kopf 19 des Stößels 15 ist zum verringerten Querschnitt 16 z. B konisch ausgebildet und stellt für das Element 18 eine Anlaufbahn dar. Zur Überwindung der Kräfte der Feder 7, 17 muß der Magnet 4 eine entsprechend hohe Kraft erzeugen.
Im Normalfall folgt der Ventilkopf 13 durch die kraftschlüssige Verbindung mittels Feder 17 und Element 18 dem Stößel 15 bzw. dem Anker 6 abhängig von der Strombeaufschlagung der Magnetspule 4.
Im Störfall, bei z. B. durch Ablagerungen verklebten Ventilen, steigt der Strom bzw. die Magnetkraft an, ohne daß sich zunächst der Ventilkopf 13 bewegt, und zwar so lange, bis die Magnetkraft größer als die wirksame Kraft der Rastfeder 17 und der Gegenfeder 7 wird.
Bei Überschreitung dieser Kräfte steht am Anker die volle Bestromung bzw. Magnetkraft an und beschleunigt somit den Anker nach Öffnen der Raststellung auf eine hohe Geschwindigkeit, so daß Anker- und Stößelmasse nach Durchlaufen eines Freiweges X eine so hohe kinetische Energie aufbauen, daß die Ventilverklebung aufgebrochen wird.
Nach Aufbrechen der Verklebung gehen Ventilkopf 13 und Stößel 15 bedingt durch die Feder 7 nach Abschaltung des Stroms wieder in ihre Normalstellung. Wird beim erstmaligen Auftreffen die Verklebung nicht gelöst, so kann nach zwischenzeitlicher Stromabschaltung (Anker geht bedingt durch Feder 17 in Ausgangsstellung zurück) ein mehrmaliges Wiederholen dieses Vorgangs ("hämmern") eingeleitet werden. Dieses Hämmern erfolgt so lange, bis die Verklebung zwischen Ventilteller 8 und Ventilsitz 11 gelöst ist.
Bei den Ausführungen nach Fig. 2, 3 und 4 wird die Raststellung einmal durch einen Dauermagnet 21, der auf einen Bund 22 des Stößels 15 wirkt, zum anderen durch eine bei einer vorgegebenen Kraft nachgebenden Tellerfeder 23 oder eine Bügelfeder 24 erzeugt. Die Tellerfeder 23 bzw. die Restkraft des Magneten 21 erfüllen gleichzeitig die Funktion der Rückstellfeder 7.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß bei einem Abgasrückführventil mit Lagerückmeldung die Stärke der Ablagerungen an Ventilteller und Ventilsitz in einem adaptiven Verfahrensschritt im Rechner von Zeit zu Zeit abgelegt wird, so daß die Zumeßgenauigkeit durch eine entsprechende Berücksichtigung im Ventilhub erhalten bleibt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die nicht dargestellt ist, kann der Antriebskopf 5 als bekannter pneumatischer Stellmotor ausgebildet sein, der durch eine Membran in zwei Kammern geteilt ist und ein an den Membrantellern befestigter Ansatz die Wirkung des Ankers 6 unter Speicherung der kinetischen Energie bei der Beschleunigung übernimmt und auf den Kopf 19 des Stößels 15 wirkt, sobald die von einem Ventil angesteuerte Arbeitskammer mit Unterdruck beaufschlagt wird.
Bei atmosphärischer Belüftung der Arbeitskammer geht die Membran unter Wirkung der Feder 12 in die Ausgangsstellung zurück und der Vorgang kann wiederholt werden. Die Arbeitskammer muß auf der zur Ventilstange 9 gerichteten Seite des Antriebskopfes 5 angeordnet sein und die atmosphärisch belüftete Kammer entgegengesetzt. Bei der Ausführung mit pneumatischem Stellmotor kann dieser beschriebene Losbrechvorgang nach Aufbau eines entsprechenden Saugrohrunterdrucks nach den ersten Umdrehungen nach Start der Brennkraftmaschine einsetzen. Der Unterdruck kann jedoch auch durch eine mechanisch oder elektromotorisch angetriebene Vakuumpumpe erzeugt sein. Nach dem Losbrechvorgang arbeitet das Abgasrückführventil, sei es elektromagnetisch oder pneumatisch angetrieben, wie ein aus dem Stand der Technik bekanntes Ventil.

Claims (5)

  1. Abgasrückführventil (1) mit mindestens einem mit einer Ventilstange (9) verbundenen Ventilteller (8), der mit einem Ventilsitz (11) zusammenwirkt und die Verbindung des Abgaskanals zur Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine beherrscht und ein Betriebsparameter verarbeitender Rechner in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Öffnungsstellung des Abgasrückführventils (1) mittels eines gegen die Kraft einer Feder (12) wirkenden Antriebes bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil (6) vorgesehen ist, das nach Überwindung einer einen zwischengeschalteten Stößel (15) in einer Raststellung haltenden Kraft nach Durchlaufen eines Freiwegs X eine so hohe kinetische Energie aufbaut, daß das Bauteil (6) mit einem Kopf (13) am freien Ende der Ventilstange (9) in Wirkverbindung bringbar ist.
  2. Abgasrückführventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (6) mit einem Ansatz (14) auf den Kopf (19) eines zwischen Ansatz (14) und Kopf (13) der Ventilstange (9) angeordneten Stößels (15) einwirkt.
  3. Abgasrückführventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (19) des Stößels (15) konisch in einen verminderten Querschnitt (16) übergeht, in dessen Bereich mindestens ein radial von einer Feder (17) belastetes Element (18) angeordnet ist.
  4. Abgasrückführventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (15) einen Bund (22) aufweist, der von einem Dauermagneten (21) angezogen wird, der im Kopf (13) der Ventilstange (9) so angeordnet ist, daß in angezogenem Zustand ein Spalt X in Öffnungsrichtung des Ventils gegenüber der Ventilstange (9) verbleibt.
  5. Abgasrückführventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (15) durch eine, einen Druckpunkt aufweisende Feder (23) in Richtung des Ansatzes (14) im Kopf (13) der Ventilstange (9) vorgespannt angeordnet ist.
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