EP0994247B1 - Ventilanordnung zur Steuerung eines rückgeführten Abgasstromes - Google Patents

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EP0994247B1
EP0994247B1 EP99101651A EP99101651A EP0994247B1 EP 0994247 B1 EP0994247 B1 EP 0994247B1 EP 99101651 A EP99101651 A EP 99101651A EP 99101651 A EP99101651 A EP 99101651A EP 0994247 B1 EP0994247 B1 EP 0994247B1
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valve
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closure member
gas flow
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Karl-Michael Frank
Frank Zimmermann
Martin Coenders
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Volkswagen AG
Gustav Wahler GmbH and Co KG
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Volkswagen AG
Gustav Wahler GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a valve arrangement for controlling an externally recirculated exhaust gas flow on an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • Generic valve arrangements are known for example from WO 96/30635 and US 5,205,265 A.
  • WO 96/30635 several schematic arrangements of an internal combustion engine with an exhaust system and an exhaust gas cooler are known, an exhaust gas recirculation line branching off from the exhaust line, which in turn has a Y-shaped branch.
  • An exhaust gas cooler is used in one branch of this branch, while the other branch is a bypass for this exhaust gas cooler. Downstream of the exhaust gas cooler, these two branched paths are brought together again in order to introduce appropriately cooled or uncooled, recirculated exhaust gas into an air intake line of the internal combustion engine.
  • This combination has either one or two valves, which are controlled only by an electronic control device and are only shown schematically.
  • US 5,205,265 shows a comparable arrangement with a branch downstream of one Catalyst in an exhaust system, with a first valve via this branch recirculated exhaust gas flow either via an EGR cooler and then via conducts an exhaust filter or bypasses this EGR cooler.
  • an idle flow regulator is known from German patent DE-621 945 known for an internal combustion engine in such a way that feeding into a mixture Line two opposing valve seats are incorporated, on which Put the valve disc on. These two valve plates are arranged on a common rod. With the throttle valve closed and therefore in the mixture line Vacuum affects the atmospheric ambient pressure on one of the valve disks in the opening direction and opens it against a spring assigned to the other valve plate to ensure a fresh air supply ensuring idling. In this arrangement Both valve plates are fixed on the connecting rod and the opening movement both valve disks are always carried out together by one acting on one of the valve disks Pressure difference.
  • the object of the invention is to provide a generic valve arrangement, which enables an externally recirculated in a structurally simple design Exhaust gas flow either via an exhaust gas cooler or via a bypass To lead.
  • the valve arrangement has two valve seats, which each assigned a closure member, preferably designed as a circular valve plate is, with both closure members actuated by a common actuation mechanism are and they are both elastically biased towards their closed position are also acted upon by the exhaust gas pressure of the exhaust gas stream.
  • the valve arrangement according to the invention advantageously has a double-seat valve provided which can be actuated either by a common actuation mechanism can release the cooled or the uncooled, recirculated exhaust gas flow, the resiliently bringing the closure members into abutment on their valve seat Comparatively low due to the support of the equivalent exhaust gas pressure be dimensioned and can be structurally simple.
  • the closure members are preferably designed as a circular valve plate on a common actuating rod of the actuating mechanism which can be actuated by an actuator arranged.
  • This actuating rod can preferably one of the two closure members enforce centrally.
  • One of the two closure members is preferably movable arranged on the operating rod.
  • the actuator is preferably assigned to the internal combustion engine controlled electronic control unit in dependence on several sensor signals, so that low-emission operation of the internal combustion engine is ensured.
  • valve seats are arranged, with a common outflow path downstream of these valve seats is provided.
  • the drawing shows at its lower edge an exhaust pipe 1 of an internal combustion engine (not shown), from which a return pipe, designated overall by 2, for the external return of a part of the exhaust gas flow branches off into an air pipe 3 that supplies combustion air and can be seen at the top of the picture.
  • the return line 2 branches in a fork 4 into a line section 6 having an exhaust gas cooler 5 and into a line section 7 arranged parallel to it and acting as a bypass for the exhaust gas cooler 5.
  • the exhaust gas cooler 5 can have, for example, a cooling coil 8 through which cooling water flows.
  • the line sections 6 and 7 are formed in sections in a housing 9 having the valve arrangement according to the invention.
  • This has a channel-like flow path 10 for the exhaust gas stream flowing through the exhaust gas cooler 5 and, separate therefrom, a further channel-like flow path 11 for the exhaust gas stream flowing through the bypass (line section 7).
  • both flow paths 10 and 11 open into a valve seat 12 and 13 on the housing, which are controlled by closure members 16 designed as circular valve plates 14 and 15.
  • the one valve disk 14 is centrally located by a part of an actuating mechanism 17 penetrating actuating rod 18 and is slidably mounted on this.
  • the actuating rod 18 is mounted in a guide bush 19 in the housing 9.
  • a lever mechanism 20 which is shown in a highly schematic manner, which has a double-acting actuator 21 at the end.
  • This actuator 21st is interposed by an electronic converter, not shown Control unit 25 controlled, which in turn is the engine control unit of the internal combustion engine is and a plurality of sensor signals and other, not shown Controls components of the internal combustion engine.
  • the flow paths 10, 11 are in the Air line 3 opening outflow path 22 in connection.
  • the actuating rod 18 each has one Collar 23 or 24 on the respective associated closure member 16 in the opening direction acts.
  • On the side facing away from these frets 23, 24, 26 of the Valve plates 14, 15 act as compression springs 28, 29 designed as elastic biasing means, which are supported at the other end in the housing 9 and the closure members 16 in Apply closing direction.
  • valve assembly is in the position shown in the drawing, that is, the return line 2 is by system of the two valve plates 14 and 15 locked on their assigned seats 12 and 13.
  • Both the one with the reference numerals 1, 4, 7 and 11 as well the exhaust gas pressure across the flow path 1, 4, 6 and 10 at the double valve acts on the sides 16 and 17, respectively, so that the valve plates 14 and 15 are thereby in their closed position are acted upon.
  • control element 25 is displaced into a further position via the control device 25 in such a way that the actuating rod 18 is displaced to the left, as a result of which the collar 23 engages in a form-fitting manner on the valve plate 14 and from its valve seat 12 lifts up, at the same time collar 24 lifts the positive locking from valve plate 15. If cooled or uncooled exhaust gas is thus returned to the air line 3, it passes either via flow path 10 or flow path 11 into the outflow path 22 in the housing 9 arranged downstream of the valve plates 14 and 15.
  • the actuator 21 can be a double-acting pneumatic socket or an electrical one Actuator or as a magnetic signal box or, for example, as a double-acting hydraulic piston or be designed differently.
  • inner housing walls 30 and 31 are in the area of the valve seats 12 and 13 formed plan, so that this in a relatively simple manner can be provided.
  • valve seats 12 and 13 in deviation from the drawing figure is one different design of the valve seats 12 and 13 possible, for example by flat contact the valve plate 14 and 15 on the housing walls 30 and 31.
  • the closure members 16 are held in their closed position by the exhaust gas pressure, so that the springs 28 and 29 applying the elastic preload can be dimensioned correspondingly small.
  • the right-hand valve plate 15 opens, the left-hand spring 28 remains unaffected, so that only the low closing force of the spring 29 can be overcome by the actuating mechanism 17.
  • the situation is analogous with an opening movement of the valve disc 14 on the left.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Steuerung eines extern rückgeführten Abgasstromes an einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Gattungsgemäße Ventilanordnungen sind bekannt beispielsweise aus WO 96/30635 und US 5.205.265 A.
Aus WO 96/30635 sind mehrere schematische Anordnungen einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage und einem Abgaskühler bekannt, wobei aus dem Abgasstrang eine Abgasrückführleitung abzweigt, welche ihrerseits eine Y-förmige Verzweigung aufweist. In einem Zweig dieser Verzweigung ist ein Abgaskühler eingesetzt, während der andere Zweig einen Bypass für diesen Abgaskühler darstellt. Stromab des Abgaskühlers werden diese beiden verzweigten Wege erneut zusammengeführt, um entsprechend gekühltes oder ungekühltes, rückgeführtes Abgas in eine Luftansaugleitung der Brennkraftmaschine einzuleiten. Diese Zusammenführung weist entweder ein oder zwei von einer elektronischen Kontrolleinrichtung beherrschte, nur schematisch gezeigte Ventile auf.
Die US 5.205.265 zeigt eine vergleichbare Anordnung mit einem Abzweig stromab eines Katalysators in einer Abgasanlage, wobei zunächst ein erstes Ventil den über diesen Abzweig rückgeführten Abgasstrom entweder über einen EGR-Kühler und anschließend über einen Abgasfilter leitet oder einen Bypass zu diesem EGR-Kühler schaltet.
Des weiteren ist aus der gattungsfremden Deutschen Patentschrift DE-621 945 ein Leerlaufmengenregler für eine Brennkraftmaschine derart bekannt, daß in eine Gemisch zuführende Leitung zwei sich gegenüberliegende Ventilsitze eingearbeitet sind, auf welchen Ventilteller aufliegen. Diese beiden Ventilteller sind auf einer gemeinsamen Stange angeordnet. Bei geschlossener Drosselklappe und daher in der Gemischleitung herrschendem Unterdruck wirkt der atmosphärische Umgebungsdruck auf einen der Ventilteller im Öffnungssinne und öffnet diesen gegen eine dem anderen Ventilteller zugeordnete Feder um eine den Leerlauf sicherstellende Frischluftzufuhr zu gewährleisten. In dieser Anordnung sind beide Ventilteller fest auf der Verbindungsstange angeordnet und die Öffnungsbewegung beider Ventilteller erfolgt immer gemeinsam durch eine auf einen der Ventilteller wirkende Druckdifferenz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ventilanordnung bereitzustellen, welche es in konstruktiv einfacher Ausführung ermöglicht, einen extern rückgeführten Abgasstrom wahlweise über einen Abgaskühler oder über eine diesen umgehende Leitung zu führen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ventilanordnung zwei Ventilsitze aufweist, denen jeweils ein Verschlußglied, vorzugsweise als kreisrunder Ventilteller ausgebildet, zugeordnet ist, wobei beide Verschlußglieder von einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus betätigbar sind und diese in Richtung ihrer Schließstellung sowohl elastisch vorgespannt sind als auch vom Abgasdruck des Abgasstromes beaufschlagt sind.
Vorteilhafterweise ist durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung ein Doppelsitzventil bereitgestellt, welches von einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus betätigbar entweder den gekühlten oder den ungekühlten, rückgeführten Abgasstrom freigeben kann, wobei die die Verschlußglieder fest auf ihren Ventilsitz zur Anlage bringenden elastischen Mittel durch die Unterstützung des gleichwirkenden Abgasdruckes vergleichsweise gering dimensioniert werden und konstruktiv einfach ausfallen können.
Vorzugsweise sind die Verschlußglieder als kreisrunde Ventilteller ausgebildet auf einer gemeinsamen, von einem Stellorgan betätigbaren Betätigungsstange des Betätigungsmechanismus angeordnet. Diese Betätigungsstange kann bevorzugt eines der beiden Verschlußglieder zentral durchsetzen. Bevorzugt ist eines der beiden Verschlußglieder beweglich auf der Betätigungsstange angeordnet.
Weiterhin wird das Stellorgan bevorzugt von einem der Brennkraftmaschine zugeordneten elektronischen Steuergerät in Abhängigkeit von mehreren Sensorsignalen angesteuert, so daß eine emissionsarme Betriebsweise der Brennkraftmaschine sichergestellt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch entsprechende Ansteuerung des Stellorganes zusätzlich die rückgeführte Abgasmenge geregelt.
Für eine besonders einfache bauliche Ausführung ist es bevorzugt vorgesehen, daß innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses abströmseitig von zwei Strömungspfaden die Ventilsitze angeordnet sind, wobei stromab dieser Ventilsitze ein gemeinsamer Ausströmpfad vorgesehen ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.
Die Zeichnung zeigt an ihrem unteren Rand eine Abgasleitung 1 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, von welcher eine insgesamt mit 2 bezeichnete Rückführleitung zur externen Rückführung eines Teiles des Abgasstromes in eine am oberen Bildrand zu erkennende, Verbrennungsluft zuführende Luftleitung 3 abzweigt.
Die Rückführleitung 2 verzweigt in einer Gabelung 4 in einen einen Abgaskühler 5 aufweisenden Leitungsabschnitt 6 und in einen parallel dazu angeordneten, als Bypass für den Abgaskühler 5 wirkenden Leitungsabschnitt 7.
Der Abgaskühler 5 kann beispielsweise eine von Kühlwasser durchströmte Kühlschlange 8 aufweisen.
Die Leitungsabschnitte 6 und 7 sind abschnittsweise in einem die erfindungsgemäße Ventilanordnung aufweisenden Gehäuse 9 ausgebildet. Dieses weist einen kanalartigen Strömungspfad 10 für den über den Abgaskühler 5 strömenden Abgasstrom und hiervon getrennt einen weiteren, kanalartigen Strömungspfad 11 für den über den Bypass (Leitungsabschnitt 7) strömenden Abgasstrom auf.
Abströmseitig münden beide Strömungspfade 10 und 11 in je einen gehäuseseitigen Ventilsitz 12 und 13, welche von als kreisrunde Ventilteller 14 und 15 ausgebildeten Verschlußgliedern 16 beherrscht sind.
Der eine Ventilteller 14 wird zentral von einer einen Teil eines Betätigungsmechanismus 17 bildenden Betätigungsstange 18 durchsetzt und ist auf dieser gleitverschieblich gelagert. Die Betätigungsstange 18 ist in einer Führungsbuchse 19 im Gehäuse 9 gelagert. An dieser Führungsbuchse 19 greift ein stark schematisiert gezeichneter Hebelmechanismus 20 an, weicher endseitig ein doppelseitig wirkendes Stellorgan 21 aufweist. Dieses Stellorgan 21 wird unter Zwischenschaltung eines nicht gezeigten Wandlers von einem elektronischen Steuergerät 25 angesteuert, welches seinerseits das Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine ist und eine Mehrzahl von Sensorsignalen aufnimmt und noch weitere, nicht gezeigte Komponenten der Brennkraftmaschine steuert bzw. regelt.
Bei geöffneten Ventilsitzen 12 bzw. 13 stehen die Strömungspfade 10, 11 mit einem in die Luftleitung 3 mündenden Ausströmpfad 22 in Verbindung. Auf der diesem Ausströmpfad 22 zugewandten Seite der Ventilteller 14 und 15 weist die Betätigungsstange 18 jeweils einen Bund 23 bzw. 24 auf, der auf das jeweils zugeordnete Verschlußglied 16 in dessen Öffnungsrichtung wirkt. Auf die zu diesen Bünden 23, 24 abgewandt liegende Seite 26, 27 der Ventilteller 14, 15 wirken als Druckfedern 28, 29 ausgebildete elastische Vorspannmittel, welche sich anderenends jeweils im Gehäuse 9 abstützen und die Verschlußglieder 16 in Schließrichtung beaufschlagen.
Soll im Betrieb der Brennkraftmaschine beispielsweise im betriebswarmen Zustand und bei vergleichsweise hoher Last kein Abgas rückgeführt werden, so befindet sich die Ventilanordnung in der zeichnungsgemäßen Stellung, das heißt die Rückführleitung 2 ist durch Anlage der beiden Ventilteller 14 und 15 auf den ihnen zugeordneten Sitzen 12 und 13 gesperrt. Sowohl der über den Strömungsweg mit den Bezugszeichen 1, 4, 7 und 11 als auch der über den Strömungsweg 1, 4, 6 und 10 an dem Doppelstizventil anliegende Abgasdruck wirkt auf die Seiten 16 bzw. 17, sodaß die Ventilteller 14 und 15 dadurch in ihre Schließstellung beaufschlagt sind.
Soll beispielsweise nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zur Emissionsverringerung Abgas rückgeführt werden, so ist eine Kühlung dieses Abgases zunächst unerwünscht und das Stellorgan 21 verschiebt die Betätigungsstange 18 nach rechts, wodurch diese über den mittels des Bundes 24 bereitgestellten Formschluß am Ventilteller 15 angreift und diesen von seinem Ventilsitz 13 abhebt. Hierbei wird zugleich die Druckfeder 29 zusammengedrückt. Die Abgasrückführrate ist hierbei über den Stellweg des Stellorganes 21 einstellbar, das heißt letztendlich über die zwischen Ventilteller 15 und Ventilsitz 13 wirksame Querschnittsfläche.
Ist aus Emissionsgründen eine Kühlung der rückgeführten Abgasmenge von Vorteil, so wird über das Steuergerät 25 das Stellorgan 21 in eine weitere Stellung derart verschoben, daß die Betätigungsstange 18 nach links verschoben wird, wodurch der Bund 23 formschlüssig am Ventilteller 14 angreift und diesen von seinem Ventilsitz 12 abhebt, wobei zugleich Bund 24 den Formschluß aufhebend vom Ventilteller 15 abhebt.
Wird also gekühltes oder ungekühltes Abgas in die Luftleitung 3 zurückgeführt, gelangt dieses entweder über Strömungspfad 10 oder Strömungspfad 11 in den stromab der Ventilteller 14 und 15 angeordneten Ausströmpfad 22 im Gehäuse 9.
Das Stellorgan 21 kann als doppelseitig wirkende Pneumatikdose oder als elektrischer Stellmotor oder als Magnetstellwerk oder beispielsweise als doppelseitig wirkender Hydraulikkolben oder andersartig ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise sind innenliegende Gehäusewandungen 30 und 31 im Bereich der Ventilsitze 12 und 13 plan ausgebildet, so daß diese in vergleichsweise einfacher Art und Weise bereitgestellt werden können. Selbstverständlich ist in Abweichung der Zeichnungsfigur eine andersartige Ausbildung der Ventilsitze 12 und 13 möglich, beispielsweise durch plane Anlage der Ventilteller 14 und 15 an den Gehäusewandungen 30 und 31.
Vorteilhafterweise werden die Verschlußglieder 16 durch den Abgasdruck in ihrer Schließstellung gehalten, sodaß die die elastische Vorspannung aufbringenden Federn 28 und 29 entsprechend gering dimensioniert werden können.
Bei einer Öffnungsbewegung des rechtsliegenden Ventiltellers 15 bleibt die linksliegende Feder 28 unberührt, sodaß lediglich die geringe Schließkraft der Feder 29 durch den Betätigungsmechanismus 17 zu überwinden ist. Analog sind die Verhältnisse bei einer Öffnungsbewegung des linksliegenden Ventiltellers 14.

Claims (10)

  1. Ventilanordnung zur Steuerung eines extern rückgeführten Abgasstromes an einer Brennkraftmaschine, mit einem in einer Rückführleitung (2) angeordneten Abgaskühler (5), welcher mittels der Ventilanordnung wahlweise umgangen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung zwei Ventilsitze (12, 13) aufweist, denen jeweils ein Verschlußglied (16) zugeordnet ist, welche von einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus (17) über ein Stellorgan (21) betätigbar sind, wobei diese Verschlußglieder (16) in ihre Schließstellung sowohl elastisch vorgespannt als auch durch Abgasdruck des Abgasstromes belastet sind.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußglieder (16) als kreisrunde Ventilteller (14, 15) ausgebildet an einer gemeinsamen Betätigungsstange (18) angeordnet sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung in einem gemeinsamen Gehäuse (9) angeordnet ist, welches einen Strömungspfad (10) für den über den Abgaskühler (5) strömenden Abgasstrom und davon getrennt einen Strömungspfad (11) für den den Abgaskühler (5) umgehenden Abgasstrom aufweist, wobei beide Strömungspfade (10, 11) abströmseitig von den Verschlußgliedern (16) beherrscht sind und in einen gemeinsamen Ausströmpfad (22) münden.
  4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellorgan (21) von einem elektronischen Steuergerät (25) in Abhängigkeit von Sensorsignalen angesteuert den Betätigungsmechanismus (17) in eine von zwei zueinander entgegengesetzte Betätigungsrichtungen verschiebt.
  5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (17) vom Stellorgan (21) in zumindest eine die Rückführung von Abgas sperrende Stellung bewegbar ist, in welcher beide Verschlußglieder (16) auf ihren Ventilsitzen (12, 13) aufliegen, sowie jeweils in mindestens eine den über den Abgaskühler (5) geleiteten Abgasstrom rückführende Stellung oder eine den Abgaskühler (5) umgehende Stellung.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußglieder (16) in beliebige, die rückgeführte Abgasmenge regelnde Stellungen bewegbar sind.
  7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (18) eines der Verschlußglieder (16) gleitverschieblich durchsetzt und mit einem Bund (23) formschlüssig am Ventilteller (14) in dessen Öffnungsrichtung angreift, und die elastische Vorspannung auf die diesem Bund (23) gegenüberliegende Fläche (26) des Ventiltellers (14) in dessen Schließrichtung wirkt.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem das eine Verschlußglied (16) durchsetzenden Teil der Betätigungsstange (18) ein weiterer Bund (24) zugeordnet ist, welcher in Öffnungsrichtung des anderen Verschlußgliedes (16) formschlüssig an diesem anliegt.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Vorspannung auf eine diesem Bund (24) gegenüberliegende Fläche (27) dieses anderen Verschlußgliedes (16) in dessen Schließrichtung wirkt.
  10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Verschlußglied (16) eine eigene, dessen Öffnungsbewegung entgegenwirkende Feder (28, 29) zugeordnet ist.
EP99101651A 1998-03-23 1999-02-05 Ventilanordnung zur Steuerung eines rückgeführten Abgasstromes Expired - Lifetime EP0994247B1 (de)

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DE19812702A DE19812702A1 (de) 1998-03-23 1998-03-23 Ventilanordnung zur Steuerung eines rückgeführten Abgasstromes
DE19812702 1998-03-23

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0994247A2 EP0994247A2 (de) 2000-04-19
EP0994247A3 EP0994247A3 (de) 2001-04-11
EP0994247B1 true EP0994247B1 (de) 2004-07-28

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP99101651A Expired - Lifetime EP0994247B1 (de) 1998-03-23 1999-02-05 Ventilanordnung zur Steuerung eines rückgeführten Abgasstromes

Country Status (2)

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EP (1) EP0994247B1 (de)
DE (2) DE19812702A1 (de)

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