EP3093477A1 - Kombiventil mit niederdruck-abgasrückführungsventil und ansaugluftdrossel für einen verbrennungsmotor - Google Patents

Kombiventil mit niederdruck-abgasrückführungsventil und ansaugluftdrossel für einen verbrennungsmotor Download PDF

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EP3093477A1
EP3093477A1 EP15290118.7A EP15290118A EP3093477A1 EP 3093477 A1 EP3093477 A1 EP 3093477A1 EP 15290118 A EP15290118 A EP 15290118A EP 3093477 A1 EP3093477 A1 EP 3093477A1
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EP
European Patent Office
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intake air
movement
exhaust gas
valve
air throttle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15290118.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Talmon-Gros
Thierry Marimbordes
Jérôme Migaud
Ulrich Dehnen
Quentin FROSSARD
Cyril VITARD
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
Priority to EP15290118.7A priority Critical patent/EP3093477A1/de
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02M26/66—Lift valves, e.g. poppet valves
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    • F02D9/1065—Mechanical control linkage between an actuator and the flap, e.g. including levers, gears, springs, clutches, limit stops of the like

Definitions

  • the present invention relates to a combination valve with low-pressure exhaust gas recirculation valve and intake air throttle for an internal combustion engine.
  • the present invention is concerned with low pressure EGR.
  • the said arrangement has the disadvantage. that when a jamming or icing of the intake air throttle this loses its control function and in addition blocks the low-pressure EGR adjustment valve, so that control of the EGR can no longer take place.
  • the present invention has for its object to mitigate or eliminate this disadvantage mentioned.
  • a combined valve according to the invention has a low-pressure exhaust gas recirculation valve and an intake air throttle for an internal combustion engine.
  • the combination valve comprises an exhaust inlet, an intake air inlet and an outlet. Between the exhaust inlet and the outlet, the low-pressure exhaust gas recirculation valve is arranged. Between the suction inlet and the outlet, the intake air throttle is arranged.
  • the combination valve has a kinematic element which actuates together the low-pressure exhaust gas recirculation valve and the intake air throttle.
  • the term combination valve does not necessarily require a common housing for the low-pressure exhaust gas recirculation valve and the intake air throttle. Both can also be accommodated in separate housing units as long as the kinematics element actuates the low-pressure exhaust gas recirculation valve and the intake air throttle by its movement.
  • the kinematic element has a first cage and a second cage.
  • the term cage is to be understood broadly and includes any structure that is suitable for a mechanical engagement of an actuator, in particular a fork.
  • a drive element in particular a drive crank.
  • the movement of the drive element is transmitted to the kinematic element via the first cage and moves it.
  • a rotational movement of the drive element or the drive crank in a sliding movement of the Kinematikeleme'nts converted, in particular in a linear displacement movement.
  • an output member which may also be called crank, then output crank, executed.
  • the output element is driven by the movement of the kinematic element and moves the intake air throttle.
  • a (linear) displacement movement of the kinematic element can be converted into a rotational movement of the output element.
  • the arrangement according to the invention makes it possible to move both the low-pressure exhaust gas recirculation valve and the intake air throttle by a single movement of the kinematic element.
  • a first cage and a second cage kinematic decoupling between the movement of the kinematic element and the low-pressure exhaust gas recirculation valve on the one hand and the movement of the intake air throttle on the other engaging in the second cage output element.
  • first cage with the second cage includes an angle different from 180 ° or 0 °.
  • an angle of 90 ° can be provided.
  • the plane of movement of the drive crank with the plane of movement of the output crank includes an angle different from 180 ° or 0 °. In particular, this angle can be 90 °.
  • a preferred embodiment of the combination valve according to the invention provides that the bearing of the drive crank a rolling bearing and the bearing of the output crank has a sliding bearing.
  • An inventive development of the invention provides that a first return spring and a second return spring are provided which independently exert a restoring force on the kinematic element. Two independent return springs significantly increase the mechanical reliability of the combination valve.
  • the first return spring is set up so that it acts directly on the kinematic element and the second return spring is set up so that it indirectly acts on the kinematic element via the driven element, in particular the driven crank.
  • the characteristics of the return springs can be designed separately from each other.
  • the first return spring acting directly on the kinematic element can be designed as a spherical compression spring and the second return spring can be provided as an advantageously cylindrical torsion spring.
  • the second cage has a first and a second section.
  • the first section lies opposite the second section in the direction of movement of the kinematics element.
  • an idle stroke arises on leaving the first section and contacting the second section.
  • the engaging in the second cage portion of the driven crank and the driven element is dimensioned according to the distance between the two sections and it presses no force the output element, in particular the driven crank against one of the two sections.
  • a first movement range of the kinematic element which corresponds to a closed position and / or a small opening (initial opening) of the low-pressure exhaust gas recirculation valve
  • the output element not contacted the first section.
  • a development of the invention provides that in normal operation in a second range of motion of the kinematics element, the output element is pressed due to the force applied by the second return spring restoring force against the movement resistance of the intake throttle in the direction of the first section and contacted.
  • the first section of the second cage is thus the flank, which acts on the output element and controls the movement of the intake air throttle during normal operation.
  • the intake air throttle is substantially free to move, that is, that the resistance to movement of the intake air throttle is less than the restoring force of the second return spring.
  • a likewise advantageous embodiment of the invention provides that in the second movement range of the kinematics element with a corresponding movement of the kinematic element, the output element contacts the second section when the movement resistance of the intake air throttle exceeds the restoring force applied by the second return spring.
  • the resistance to movement of the intake air throttle is greater than the restoring force of the second return spring when jamming or icing of the intake air throttle occurs.
  • the intake throttle can not be moved solely by the return spring force. If now the kinematic element moves in the second movement range, the second portion will come into contact with the output element, preferably when the kinematic element moves from the second movement range in the direction of the first movement range, which corresponds to closing the low-pressure exhaust gas recirculation valve. Due to the existing idle stroke between the first section and the second section, the kinematic element gains kinetic energy and can transmit this impulse to the stuck intake air throttle. In this way, a clamping or icy intake air throttle can be solved again.
  • FIG. 1 shows a combination valve 10.
  • the combination valve 10 has a low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 and an intake air throttle 12.
  • the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 is arranged in an exhaust gas inlet 14.
  • the exhaust gas inlet 14 may be connected, for example, to the exhaust tract downstream of the turbine of a turbocharger.
  • the low-pressure exhaust gas is removed in a diesel engine after the diesel particulate filter and preferably passed through a low-pressure exhaust gas recirculation cooler to reduce the exhaust gas temperature.
  • the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 is in the in FIG. 1 shown embodiment designed as a linearly movable poppet valve. In the position shown, the valve disk is located in the valve seat and thus closes off the exhaust gas inlet 14.
  • the intake air throttle 12 has an intake air throttle valve 121 arranged in an intake air passage with an intake air inlet 16, downstream of an air filter (not shown), for example, in the intake air passage.
  • an intake air throttle valve 121 Upon actuation of the intake air throttle 12, the angular position of the intake air throttle valve 121 changes within the intake air passage, thus reducing the effective cross-section within the intake air passage. This results in a partial pressure gradient from the intake air inlet to the outlet 18. This in turn increases the influx of exhaust gas via the exhaust gas inlet 14. In the outlet 18, the supplied exhaust gas strikes the intake air. This is usually followed by an EGR mixer. There, the supplied exhaust gas is mixed with the intake air.
  • FIG. 2 shows the kinematic element 100 with parts of intake air throttle 12 and low-pressure exhaust gas recirculation valve 11.
  • the kinematics element 100 has a main body 1001, which extends substantially along an axis Y as an elongated cuboid.
  • a first cage 110 is attached at a front end of the elongated in the Y direction cuboid.
  • the inside of the first cage 110 has substantially the shape of a slot whose narrow sides are closed by circles and whose diameter correspond to the width of the slot.
  • the longitudinal sides of the slot substantially parallel to each other.
  • the second cage 120 extends substantially along an axis X.
  • the second cage 120 has a substantially cuboidal geometry in the interior.
  • the geometry tapers. This is for example in FIG. 3 good to see.
  • the cages 110, 120 are arranged substantially at 90 ° to each other. This implies that the engaging in the cages 110, 120 cranks are also offset in its plane of movement by 90 °.
  • the drive pin 113 In the first cage 110 engages a drive pin 113 of a drive crank 112 a.
  • the drive pin 113 is supported by means of a ball bearing.
  • the diameter of the ball bearing drive journal 113 substantially corresponds to the width of the slot of the cage 110.
  • the power crank 112 rotates about an axis X and is driven, for example, by a motor (not shown).
  • the drive journal 113 describes a circular segment path.
  • the drive pin 113 moves within the cage 110 between two end positions and thereby moves the kinematic element 100 linearly along the axis Y. There is no or little play of the drive pin 113 in the direction of the Y axis.
  • the intake throttle valve 121 is rotatably mounted about an axis Z and has a driven crank 122.
  • An output pin 123 of the output crank 122 engages in the second cage 120 a.
  • the output crank 122 is coupled to a torsion spring 124.
  • the torsion spring 124 embodied here by way of example as a cylindrical torsion spring exerts a rotational force on the output crank 122 in such a way that the output pin 123 bears against the second cage 120.
  • a position is shown in which the output pin 123 rests against a first portion 1201 of the second cage 120.
  • the first section 1201 is the section 1201 of the second cage 120 which is located along the axis Y in the direction of the first cage 110.
  • the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 has a valve rod 130, at whose end facing away from the kinematic element 100 end a valve plate 131 is provided.
  • the valve rod 130 is slidably mounted within a sleeve 132.
  • the sleeve 132 is fixedly arranged relative to the kinematic element 100 and serves as a guide for the valve rod 130.
  • At the end of the valve rod 130, which faces the kinematic element 100 there is a stop for a compression spring 114.
  • the compression spring 114 is concentric with the axis Y and arranged to the valve rod 130.
  • the compression spring 114 is executed here by way of example as a spherical compression spring to allow a small space requirement and ease of manufacture.
  • the compression spring 114 exerts a spring force on the valve rod 130 and thus also on the valve disk 131 along the axis Y in the direction of the kinematic element 100 and thus presses the valve disk 131 in the direction of a valve seat. Valve rod 130 and valve plate 131 thus follow a movement of the kinematic element 100 along the axis Y immediately.
  • position of the kinematic element 100 corresponds to a wide opening of the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 and a relatively strong closed position of the intake air throttle 12th
  • Both the compression spring 114 and the torsion spring 124 act rectilinearly on the kinematic element 100 and exert a force that pushes it along the axis Y in the direction of the drive crank 112.
  • the compression spring 114 is supported on the sleeve 132 from.
  • the torsion spring 124 is supported on a housing section, not shown.
  • the output pin 123 follows the second cage 120 and abuts against the first portion 1201, since the torsion spring 124 exerts a corresponding force on the output crank 122. Consequently, the intake air throttle 12 moves in the direction of its open position.
  • the compression spring 114 pushes the valve rod 130 along the axis Y in the direction of the drive crank 112.
  • the valve plate 131 of the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 thus moves in the direction of its closed position.
  • the intake air throttle 12 jammed - for example, by icing or high thermal load - lifts in such a described movement of the kinematic element 100 along the axis Y in the direction of the drive crank 112 of the output pin 123 of the first portion 1201 of the second cage 120th with continued movement of the kinematic element 100 from the second section 1202.
  • This idle stroke makes it possible to accelerate the entire mass moved with the kinematic element 100, so that a certain momentum transfer takes place upon impact of the driven pin 123 on the second section 1202 of the second cage 120, so that breakaway from the icing or clamping position of the intake air throttle 12 can take place. It is thus possible to exert a considerable breakaway force on the intake air throttle 12 via the drive crank 112.
  • the end position of the intake air throttle 12 is already reached. This can be achieved for example by a stop for a movable part of the intake air throttle 12. If the kinematics element 100 then continues its movement, the output pin 123 also lifts off from the first section 1201. The resulting idle stroke can be used to ensure that when opening the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 from its closed position initially the intake air throttle 12 remains in its open position. Only after completion of the idle stroke, the output pin 123 contacts the second cage 120 at its first portion 1201 and thus initiates the closing operation of the intake air throttle 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kombiventil mit Niederdruck-Abgasrückführungsventil und Ansaugluftdrossel für einen Verbrennungsmotor, mit einem Abgaseinlass, einem Ansauglufteinlass sowie einem Auslass, wobei zwischen dem Abgaseinlass und dem Auslass das Niederdruck-Abgasrückführungsventil und zwischen dem Ansauglufteinlass und dem Auslass die Ansaugluftdrossel angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kombiventil ein Kinematikielement aufweist, das gemeinsam das Niederdruck-Abgasrückführungsventil und die Ansaugluftdrossel betätigt, wobei das Kinematikelement einen ersten Käfig und einem zweiten Käfig aufweist, wobei in den ersten Käfig ein Antriebselement, insbesondere eine Antriebkurbel zur Bewegung des Kinematikelements und des Niederdruck-Abgasrückführungsventils eingreift, sowie in den zweiten Käfig ein Abtriebselement zur Bewegung der Ansaugluftdrossel eingreift.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kombiventil mit Niederdruck-Abgasrückführungsventil und Ansaugluftdrossel für einen Verbrennungsmotor.
    • Stand der Technik
  • Um die NOx-Emission von Dieselmotoren und den CO2-Ausstoß von Ottomotoren zu reduzieren, ist es ein Ziel, die Verbrennungstemperatur im Brennraum zu senken. Zu diesem Zweck wird der dem Verbrennungsmotor zugeführten Reinluft Abgas zugegeben. Dies führt im Falle von Dieselmotoren zu einer Absenkung der Reaktionsgeschwindigkeit und damit der Verbrennungstemperatur. Bei Ottomotoren können Ladungswechselverluste vermieden und ebenfalls NOx-Emissionen verringert werden. Man unterscheidet bei der Abgasrückführung (AGR) zwischen einer Hochdruck-AGR und einer Niederdruck-AGR. Bei der Hochdruck-AGR erfolgt die Entnahme des Abgases vor der Turbine eines Turboladers. Das entnommene Abgas wird stromabwärts von Verdichter und Ansaugluftdrossel eingeleitet. Bei der Niederdruck-AGR wird das zu entnehmende Abgas nach der Abgasnachbehandlung entnommen und vor einem Turbolader zugemischt.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Niederdruck-AGR.
  • Es ist im Stand der Technik bekannt, ein Niederdruck-AGR-Ventil und eine Ansaugluftdrossel baulich so zu kombinieren, dass beide Steuerelemente zusammen wirken. Wird eine größere Menge an AGR-Gas benötigt, wird die Ansaugluftdrossel schrittweise geschlossen. Das Verringern des wirksamen Querschnitts im Ansaugtrakt durch ein Schließen der Ansaugluftdrossel erzeugt lokal einen partiellen Unterdruck und ermöglicht so eine größere Entnahme bzw. Zuführung von Abgas.
  • Bei der mechanischen Integration von Niederdruck-Abgasrückführungsventil und Ansaugluftdrossel als Kombiventil sind verschiedene Ansätze im Stand der Technik bekannt. So wird beispielsweise in den Dokumenten DE 10 2010 032 824 A1 , DE 10 2011 007 303 A1 und DE 10 2011 053 664 A1 ein Niederdruck-AGR-Einstellventil vorgeschlagen, das über eine Kulissenführung seine Bewegung direkt auf ein Einlassdrosselventil überträgt. Diese Anordnung benötigt wenig Bauraum.
  • Die genannte Anordnung hat den Nachteil. dass bei einem Verklemmen oder Vereisen der Ansaugluftdrossel diese ihre Steuerungsfunktion verliert und zusätzlich das Niederdruck-AGR-Einstellventil blockiert, so dass eine Steuerung der AGR nicht mehr stattfinden kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen genannten Nachteil zu mildern oder zu beseitigen.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ein die erfindungsgemäße Aufgabe lösendes Kombiventil weist ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil und eine Ansaugluftdrossel für einen Verbrennungsmotor auf. Das Kombiventil umfasst einen Abgaseinlass, einen Ansauglufteinlass sowie einen Auslass. Zwischen dem Abgaseinlass und dem Auslass ist das Niederdruck-Abgasrückführungsventil angeordnet. Zwischen dem Ansaugeinlass und dem Auslass ist die Ansaugluftdrossel angeordnet.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kombiventil ein Kinematikelement aufweist, das gemeinsam das Niederdruck-Abgasrückführungsventil und die Ansaugluftdrossel betätigt. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der Begriff Kombiventil nicht notwendigerweise ein gemeinsames Gehäuse für das Niederdruck-Abgasrückführungsventil und die Ansaugluftdrossel bedingt. Beide können auch in getrennten Gehäuseeinheiten untergebracht sein, solange das Kinematikelement durch seine Bewegung das Niederdruck-Abgasrückführungsventil und die Ansaugluftdrossel betätigt.
  • Ferner ist vorgesehen, dass das Kinematikelement einen ersten Käfig und einen zweiten Käfig aufweist. Der Begriff Käfig ist breit zu verstehen und umfasst jede Struktur, die für einen mechanischen Eingriff eines Aktuators geeignet ist, insbesondere auch eine Gabel. In den ersten Käfig greift ein Antriebselement, insbesondere eine Antriebskurbel ein. Die Bewegung des Antriebselements überträgt sich über den ersten Käfig auf das Kinematikelement und bewegt dieses. Vorteilhaft wird eine Drehbewegung des Antriebselements bzw. der Antriebskurbel in eine Verschiebebewegung des Kinematikeleme'nts umgewandelt, insbesondere in eine lineare Verschiebebewegung. In den zweiten Käfig greift ein Abtriebselement ein, das ebenfalls als Kurbel, dann Abtriebskurbel genannt, ausgeführt sein kann. Das Abtriebselement wird durch die Bewegung des Kinematikelements angetrieben und bewegt die Ansaugluftdrossel. Hierbei kann vorteilhaft eine (lineare) Verschiebebewegung des Kinematikelements in eine Drehbewegung des Abtriebselements umgewandelt werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich, durch eine einzige Bewegung des Kinematikelements sowohl das Niederdruck-Abgasrückführungsventil als auch die Ansaugluftdrossel zu bewegen. Gleichzeitig findet durch das Vorsehen eines ersten Käfigs und eines zweiten Käfigs eine kinematische Entkopplung zwischen der Bewegung des Kinematikelements und des Niederdruck-Abgasrückführungsventil einerseits und der Bewegung der Ansaugluftdrossel über das in den zweiten Käfig eingreifende Abtriebselement anderseits statt. Es kann somit der Kräftefluss von dem Kinematikelement auf die Ansaugluftdrossel über den zweiten Käfig unabhängig von einem Kraftfluss des Kinematikelements auf das Niederdruck-Abgasrückführungsventil gestaltet werden. Es können folglich beispielsweise in dem oben genannten Enteisungsfall deutlich höhere Kräfte auf die Ansaugluftdrossel übertragen werden und diese so zwangsenteist werden.
  • Eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Käfig mit dem zweiten Käfig eine von 180° oder von 0° verschiedenen Winkel einschließt. Insbesondere kann Winkel von 90° vorgesehen sein. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Bewegungsebene der Antriebskurbel mit der Bewegungsebene der Abtriebskurbel einen von 180° oder 0° verschiedenen Winkel einschließt. Insbesondere kann dieser Winkel 90° betragen. Durch eine winklige Anordnung von erstem und zweitem Käfig findet eine noch weitergehende Entkopplung von Kinematikelementantrieb und Ansaugluftdrosselantrieb statt. Es kann somit die Kraftübertragung vom Antriebselement auf das Kinematikelement deutlich unabhängiger von den auf die Ansaugluftdrossel ausgeübten Kräften und umgekehrt gestaltet werden.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kombiventils sieht vor, dass die Lagerung der Antriebskurbel ein Wälzlager und die Lagerung der Abtriebskurbel ein Gleitlager aufweist.
  • Eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine erste Rückstellfeder und eine zweite Rückstellfeder vorgesehen sind, die voneinander unabhängig eine Rückstellkraft auf das Kinematikelement ausüben. Zwei voneinander unabhängiger Rückstellfedern erhöhen die mechanische Betriebssicherheit des Kombiventils wesentlich.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste Rückstellfeder so eingerichtet ist, dass sie unmittelbar auf das Kinematikelement wirkt und die zweite Rückstellfeder so eingerichtet ist, dass sie über das Abtriebselement, insbesondere die Abtriebskurbel mittelbar auf das Kinematikelement wirkt. Es ergibt sich somit ein zweifacher Vorteil: Zum einen sind zwei mechanisch und kinematisch unabhängig voneinander arbeitende Rückstellfedern vorhanden, die bei einem Ausfall einer der beiden Rückstellfedern zumindest teilweise die Funktion übernehmen kann. Zum anderen können die Charakteristiken der Rückstellfedern getrennt voneinander ausgelegt werden. Beispielsweise kann die unmittelbar auf das Kinematikelement wirkende erste Rückstellfeder als sphärische Druckfeder ausgelegt sein und die zweite Rückstellfeder als vorteilhaft zylindrische Torsionsfeder vorgesehen sein.
  • Eine ebenfalls vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Käfig einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist. Der erste Abschnitt liegt dem zweiten Abschnitt in Bewegungsrichtung des Kinematikelements gesehen gegenüber. Bei einer Bewegung des Kinematikelements in der vorgesehenen Bewegungsrichtung entsteht somit beim Verlassen des ersten Abschnitts und dem Kontaktieren des zweiten Abschnitts ein Leerhub. Dabei ist der in den zweiten Käfig eingreifende Abschnitt der Abtriebskurbel bzw. des Abtriebselements entsprechend dem Abstand der zwei Abschnitte dimensioniert und es drückt keine Kraft das Abtriebselement, inbesondere die Abtriebskurbel gegen einen der beiden Abschnitte. Es besteht somit zwischen den zwei Abschnitten, die mit dem Abtriebselement interagieren, ein Spiel, das den Leerhub ermöglicht.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in einem ersten Bewegungsbereich des Kinematikelements, der einer Schließstellung und/oder einer geringen Öffnung (Anfangsöffnung) des Niederdruck-Abgasrückführungsventils entspricht, das Abtriebselement den ersten Abschnitt nicht kontaktiert. Dies hat zur Folge, dass bei einer anfänglichen Betätigung des Niederdruck-Abgasrückführungsventils durch das Kinematikelement keine Bewegung des Abtriebselements erfolgt und folglich auch keine Bewegung der Ansaugluftdrossel stattfindet. Es entsteht eine zeitliche Verzögerung des Ansprechens der Ansaugluftdrossel gegenüber dem Niederdruck-Abgasrückführungsventil, wenn dieses aus seiner Schließstellung in Richtung einer Öffnungsstellung bewegt wird.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Normalbetrieb in einem zweiten Bewegungsbereich des Kinematikelements das Abtriebselement aufgrund der durch die zweite Rückstellfeder aufgebrachten Rückstellkraft gegen den Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel in Richtung des ersten Abschnitts gedrückt wird und diesen kontaktiert. Der erste Abschnitt des zweiten Käfigs ist somit die Flanke bzw. Kulisse, die auf das Abtriebselement wirkt und die Bewegung der Ansaugluftdrossel im Normalbetrieb steuert. Unter Normalbetrieb wird hier verstanden, dass die Ansaugluftdrossel im Wesentlichen frei beweglich ist, das heißt, dass der Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel geringer als die Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder ist.
  • Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in dem zweiten Bewegungsbereich des Kinematikelements bei einer entsprechenden Bewegung des Kinematikelements das Abtriebselement den zweiten Abschnitt kontaktiert, wenn der Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel die von der zweiten Rückstellfeder aufgebrachte Rückstellkraft übersteigt. Der Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel ist beispielsweise größer als die Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder, wenn ein Verklemmen oder Vereisen der Ansaugluftdrossel auftritt. Die Ansaugluftdrossel kann allein durch die Rückstellfederkraft nicht bewegt werden. Bewegt sich nun der Kinematikelement in dem zweiten Bewegungsbereich, wird der zweite Abschnitt mit dem Abtriebselement in Kontakt treten, vorzugsweise wenn sich der Kinematikelement von dem zweiten Bewegungsbereich in Richtung des ersten Bewegungsbereichs bewegt, was einem Schließen des Niederdruck-Abgasrückführungsventils entspricht. Aufgrund des vorhandenen Leerhubs zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt gewinnt das Kinematikelement an Bewegungsenergie und kann diesen Impuls auf die festsitzende Ansaugluftdrossel übertragen. Auf diese Weise lässt sich eine klemmende oder vereiste Ansaugluftdrossel wieder lösen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es wird nun die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Kombiventils;
    Figur 2
    eine perspektivische Ansicht eines Kinematikelements des in Figur 1 gezeigten Kombiventils;
    Figur 3
    eine weitere perspektivische Ansicht des Kinematikelements der Figur 2.
    Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Figur 1 zeigt ein Kombiventil 10. Bei der Darstellung wurden Teile des Gehäuses und der Luftkanäle weggelassen, um die Funktionalität besser darstellen zu können. Das Kombiventil 10 weist ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 und eine Ansaugluftdrossel 12 auf.
  • Das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 ist in einem Abgaseinlass 14 angeordnet. Der Abgaseinlass 14 kann beispielsweise mit dem der Turbine eines Turboladers nachgeordneten Abgastrakt verbunden sein. Beispielsweise wird die Niederdruck-Abgasluft bei einem Dieselmotor nach dem Dieselpartikelfilter entnommen und vorzugsweise noch durch einen Niederdruck-Abgasrückführungs-Kühler zur Reduzierung der Abgastemperatur geleitet. Das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 ist in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform als linear bewegliches Tellerventil ausgeführt. In der gezeigten Stellung befindet sich der Ventilteller im Ventilsitz und verschließt so den Abgaseinlass 14.
  • Die Ansaugluftdrossel 12 weist eine in einem Ansaugluftkanal mit einem Ansauglufteinlass 16 angeordnete Ansaugluftdrosselklappe 121 auf, beispielsweise im Ansauglufttrakt einem Luftfilter (nicht dargestellt) nachgeordnet. Bei einer Betätigung der Ansaugluftdrossel 12 verändert sich die Winkelstellung der Ansaugluftdrosselklappe 121 innerhalb des Ansaugluftkanals und verringert so den wirksamen Querschnitt innerhalb des Ansaugluftkanals. Es entsteht ein partielles Druckgefälle vom Ansauglufteinlass zum Auslass 18. Dies erhöht wiederum den Zustrom von Abgas über den Abgaseinlass 14. Im Auslass 18 trifft das zugeführte Abgas auf die Ansaugluft. Es schließt sich in der Regel ein AGR-Mischer an. Dort wird das zugeführte Abgas mit der Ansaugluft gemischt. Figur 2 zeigt das Kinematikelement 100 mit Teilen von Ansaugluftdrossel 12 und Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11.
  • Das Kinematikelement 100 weist einen Grundkörper 1001 auf, der sich im Wesentlichen entlang einer Achse Y als langgestreckter Quader erstreckt. An einem stirnseitigen Ende des in Y-Richtung langgestreckten Quaders ist ein erster Käfig 110 angebracht. Die Innenseite des ersten Käfigs 110 besitzt im Wesentlichen die Form eines Langlochs, dessen schmale Seiten durch Kreise abgeschlossen sind und deren Durchmesser der Breite des Langlochs entsprechen. Die Längsseiten des Langlochs verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Senkrecht zu der Ausdehnungsebene des ersten Käfigs 110 erstreckt sich der zweite Käfig 120, im Wesentlichen entlang einer Achse X. Der zweite Käfig 120 besitzt im Inneren eine im Wesentlichen quaderförmige Geometrie. An der dem Grundkörper 1001 des Kinematikelements 100 abgewandten Seite des Käfigs 120 verjüngt sich die Geometrie. Dies ist beispielsweise in Figur 3 gut erkennbar.
  • Die Käfige 110, 120 sind im Wesentlichen im 90° Winkel zueinander angeordnet. Dies bedingt, dass die in die Käfige 110, 120 eingreifenden Kurbeln in ihrer Bewegungsebene ebenfalls um 90° versetzt sind.
  • In den ersten Käfig 110 greift ein Antriebszapfen 113 einer Antriebskurbel 112 ein. Der Antriebszapfen 113 ist mittels einer Kugellagerung gelagert. Der Durchmesser des Antriebszapfens 113 mit Kugellagerung entspricht im Wesentlichen der Breite des Langlochs des Käfigs 110. Die Antriebskurbel 112 dreht sich um eine Achse X und wird beispielsweise durch einen Motor (nicht dargestellt) angetrieben. Bei der Rotation der Antriebskurbel 112 um die Achse X beschreibt der Antriebszapfen 113 eine Kreissegmentbahn. Dabei bewegt sich der Antriebszapfen 113 innerhalb des Käfigs 110 zwischen zwei Endpositionen und bewegt dabei das Kinematikelement 100 linear entlang der Achse Y. Dabei ist kein oder wenig Spiel des Antriebszapfens 113 in Richtung der Achse Y vorgesehen.
  • Die Ansaugluftdrosselklappe 121 ist um eine Achse Z drehbar gelagert und weist eine Abtriebskurbel 122 auf. Ein Abtriebszapfen 123 der Abtriebskurbel 122 greift in den zweiten Käfig 120 ein. Bei der linearen Bewegung des Kinematikelements 100 versetzt der zweite Käfig 120 die Abtriebskurbel 122 in eine Drehung um die Achse Z und bewegt damit die Ansaugluftdrossel 12 bzw. deren Ansaugluftdrosselklappe 121. Die Abtriebskurbel 122 ist mit einer Drehfeder 124 gekoppelt. Die hier beispielhaft als zylindrische Torsionsfeder ausgebildete Drehfeder 124 übt eine Drehkraft auf die Abtriebskurbel 122 dergestalt aus, dass der Abtriebszapfen 123 an dem zweiten Käfig 120 anliegt. In Figur 2 ist eine Stellung gezeigt, in der der Abtriebszapfen 123 an einem ersten Abschnitt 1201 des zweiten Käfigs 120 anliegt. Der erste Abschnitt 1201 ist der entlang der Achse Y in Richtung des ersten Käfigs 110 gelegene Abschnitt 1201 des zweiten Käfigs 120.
  • Das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 weist eine Ventilstange 130 auf, an deren von dem Kinematikelement 100 wegweisenden Ende ein Ventilteller 131 vorgesehen ist. Die Ventilstange 130 ist innerhalb einer Hülse 132 verschiebbar gelagert. Die Hülse 132 ist ortsfest relativ zu dem Kinematikelement 100 angeordnet und dient als Führung für die Ventilstange 130. An dem Ende der Ventilstange 130, das dem Kinematikelement 100 zugewandt ist, befindet sich ein Anschlag für eine Druckfeder 114. Die Druckfeder 114 ist konzentrisch zur Achse Y und zur Ventilstange 130 angeordnet. Die Druckfeder 114 ist hier beispielhaft als sphärische Druckfeder ausgeführt, um einen geringen Bauraumbedarf und eine leichte Herstellbarkeit zu ermöglichen. Die Druckfeder 114 übt eine Federkraft auf die Ventilstange 130 und damit auch auf den Ventilteller 131 entlang der Achse Y in Richtung des Kinematikelements 100 aus und drückt somit den Ventilteller 131 in Richtung eines Ventilsitzes. Ventilstange 130 und Ventilteller 131 folgen somit einer Bewegung des Kinematikelements 100 entlang der Achse Y unmittelbar.
  • Die in Figur 2 und 3 gezeigte Stellung des Kinematikelements 100 entspricht einer weiten Öffnung des Niederdruck-Abgasrückführungsventils 11 und einer relativ stark geschlossenen Stellung der Ansaugluftdrossel 12.
  • Sowohl die Druckfeder 114 als auch die Drehfeder 124 wirken gleichgerichtet auf das Kinematikelement 100 und üben eine Kraft aus, die es entlang der Achse Y in Richtung Antriebskurbel 112 drückt. Die Druckfeder 114 stützt sich dabei an der Hülse 132 ab. Die Drehfeder 124 stützt sich an einem nicht gezeigten Gehäuseabschnitt ab. Das Vorsehen zweier unabhängiger Federkräfte, die auf zwei verschiedene kinematische Wege auf das Kinematikelement 100 einwirken, stellt ein Sicherheitsmerkmal dar. Des Weiteren erlaubt diese Anordnung eine deutliche Reduzierung des Bewegungsspiels und reduziert die Toleranzkette innerhalb der Anordnung substantiell.
  • Bei einer Bewegung des Kinematikelements 100 entlang der Achse Y in Richtung der Antriebskurbel 112 folgt der Abtriebszapfen 123 dem zweiten Käfig 120 und liegt dabei an dem ersten Abschnitt 1201 an, da die Drehfeder 124 eine entsprechende Kraft auf die Abtriebskurbel 122 ausübt. Folglich bewegt sich die Ansaugluftdrossel 12 in Richtung ihrer Offenstellung. Gleichzeitig drückt die Druckfeder 114 die Ventilstange 130 entlang der Achse Y in Richtung der Antriebskurbel 112. Der Ventilteller 131 des Niederdruck-Abgasrückführungsventils 11 bewegt sich folglich in Richtung seiner Schließstellung.
  • Ist aufgrund bestimmter Umstände die Ansaugluftdrossel 12 verklemmt - beispielsweise durch eine Vereisung oder eine hohe thermische Belastung - hebt sich bei einer derartigen beschriebenen Bewegung des Kinematikelements 100 entlang der Achse Y in Richtung der Antriebskurbel 112 der Abtriebszapfen 123 von dem ersten Abschnitt 1201 des zweiten Käfigs 120 ab und wird bei fortgesetzter Bewegung des Kinematikelements 100 von dem zweiten Abschnitt 1202 mitgenommen. Dieser Leerhub ermöglicht ein Beschleunigen der gesamten mit dem Kinematikelement 100 bewegten Masse, sodass beim Auftreffen des Abtriebszapfens 123 auf den zweiten Abschnitt 1202 des zweiten Käfigs 120 ein gewisser Bewegungsimpulsübertrag stattfindet und so ein Losbrechen aus der Vereisungs- bzw. Verklemmungsposition der Ansaugluftdrossel 12 stattfinden kann. Es ist somit möglich, über die Antriebskurbel 112 eine beträchtliche Losbrechkraft auf die Ansaugluftdrossel 12 auszuüben.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass bevor das Kinematikelement 100 seinen unteren Endpunkt der Bewegung erreicht, bereits die Endstellung der Ansaugluftdrossel 12 erreicht wird. Dies kann beispielsweise durch einen Anschlag für ein bewegliches Teil der Ansaugluftdrossel 12 erreicht werden. Setzt das Kinematikelement 100 dann seine Bewegung fort, hebt sich ebenfalls der Abtriebszapfen 123 von dem ersten Abschnitt 1201 ab. Der sich so ergebende Leerhub kann dazu benutzt werden, dass bei dem Öffnen des Niederdruck-Abgasrückführventils 11 aus seiner Schließstellung zunächst die Ansaugluftdrossel 12 in ihrer Offenstellung verharrt. Erst nach Beendigung des Leerhubs kontaktiert der Abtriebszapfen 123 den zweiten Käfig 120 an seinem ersten Abschnitt 1201 und leitet damit den Schließvorgang der Ansaugluftdrossel 12 ein.

Claims (10)

  1. Kombiventil (10) mit Niederdruck-Abgasrückführungsventil (11) und Ansaugluftdrossel (12) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Abgaseinlass (14), einem Ansauglufteinlass (16) sowie einem Auslass (18), wobei zwischen dem Abgaseinlass (14) und dem Auslass (18) das Niederdruck-Abgasrückführungsventil (11) und zwischen dem Ansauglufteinlass (16) und dem Auslass (18) die Ansaugluftdrossel (12) angeordnet sind, wobei das Kombiventil (10) ein Kinematikelement (100) aufweist, das gemeinsam das Niederdruck-Abgasrückführungsventil (11) und die Ansaugluftdrossel (12) betätigt, wobei das Kinematikelement (100) einen ersten Käfig (110) und einen zweiten Käfig (120) aufweist, wobei in den ersten Käfig (110) ein Antriebselement zur Bewegung des Kinematikelements (100) und des Niederdruck-Abgasrückführungsventils (11) eingreift, sowie in den zweiten Käfig (120) ein Abtriebselement zur Bewegung der Ansaugluftdrossel (12) eingreift.
  2. Kombiventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement als Antriebskurbel (112) zur Umsetzung einer Drehbewegung des Antriebselements in eine insbesondere lineare Schiebebewegung des Kinematikelements (100) ausgeführt ist und das Abtriebselement als Abtriebskurbel (122) zur Umsetzung einer Schiebebewegung insbesondere linearen Schiebebewegung des Kinematikelements (100) in eine Drehbewegung der Ansaugluftdrossel (12) ausgeführt ist.
  3. Kombiventil (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Käfig (110) oder eine Bewegungsebene des Antriebselements, insbesondere der Antriebskurbel (112), mit dem zweiten Käfig (120) oder mit einer Bewegungsebene des Abtriebselements, insbesondere der Abtriebskurbel (122), einen von 180 Grad oder 0 Grad verschiedenen Winkel, insbesondere einen Winkel von 90 Grad, einschließt.
  4. Kombiventil (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Antriebskurbel (112) ein Wälzlager und die Lagerung der Abtriebskurbel (122) ein Gleitlager aufweist.
  5. Kombiventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Rückstellfeder (114) und eine zweite Rückstellfeder (124) vorgesehen sind, die voneinander unabhängig eine Rückstellkraft auf das Kinematikelement (100) ausüben.
  6. Kombiventil (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder (114) so eingerichtet ist, dass sie unmittelbar auf das Kinematikelement (100) wirkt und die zweite Rückstellfeder (124) so eingerichtet ist, dass sie über das Abtriebselement mittelbar auf das Kinematikelement (100) wirkt.
  7. Kombiventil (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Käfig (120) einen ersten Abschnitt (1201) und einen zweiten Abschnitt (1202) aufweist, wobei der erste Abschnitt (1201) und der zweite Abschnitt (1202) in Bewegungsrichtung des Kinematikelements (100) einander derart gegenüber liegen, dass bei einer Bewegung des Kinematikelements (100) zwischen dem Verlassen des ersten Abschnitts (1201) und dem Kontaktieren des zweiten Abschnitts (1202) ein Leerhub entsteht.
  8. Kombiventil (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Bewegungsbereich des Kinematikelements (100), der einer Schließstellung und/oder einer Anfangsöffnung des Niederdruck-Abgasrückführungsventils (11) entspricht, das Abtriebselement mit einem Abstand zu dem ersten Abschnitt (1201) positioniert ist.
  9. Kombiventil (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sich an den ersten Bewegungsbereich in einer Öffnungsrichtung des Niederdruck-Abgasrückführungsventils (11) anschließenden zweiten Bewegungsbereich des Kinematikelements (100) in einem Normalbetrieb, der dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder (124) einen Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel (12) übersteigt, das Abtriebselement mittels der Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder (124) an den ersten Abschnitt (1201) diesen kontaktierend angedrückt wird.
  10. Kombiventil (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Bewegungsbereich des Kinematikelements (100) in einem Vereisungs- oder Blockadezustand, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel (12) die Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder (124) übersteigt, bei einer Bewegung des Kinematikelements (100) in einer der Öffnungsrichtung entgegengesetzten Schließrichtung des Niederdruck-Abgasrückführungsventils (11) das Abtriebselement den zweiten Abschnitt (1202) kontaktiert und von diesem den Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel überwindend (12) durch das Kinematikelement (100) verschiebbar ist.
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