EP3093478A1 - 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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EP3093478A1
EP3093478A1 EP15290119.5A EP15290119A EP3093478A1 EP 3093478 A1 EP3093478 A1 EP 3093478A1 EP 15290119 A EP15290119 A EP 15290119A EP 3093478 A1 EP3093478 A1 EP 3093478A1
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EP
European Patent Office
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intake air
exhaust gas
valve
air throttle
return spring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15290119.5A
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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
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Filing date
Publication date
Application filed by Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02D9/106—Sealing of the valve shaft in the housing, e.g. details of the bearings

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. It is known in the art to structurally combine a low pressure EGR valve and an intake throttle so that both controls operate together. If a larger amount of EGR gas is required, the intake throttle is gradually closed. Reducing the effective cross section in the intake tract by closing the intake air throttle locally generates a partial negative pressure and thus allows a greater removal or supply of exhaust gas.
  • the present invention has for its object to mitigate or eliminate the disadvantages 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 combination valve has a kinematic element which actuates together the low-pressure exhaust gas recirculation valve and the intake air throttle, wherein a first return spring and a second return spring are provided, which independently exert a restoring force on the kinematic element.
  • the kinematics element can be formed in one piece or in several parts.
  • the provision of two independent spring forces, which act on the kinematic element in two different kinematic ways, represents a safety feature due to the redundancy.
  • Two independent return springs substantially increase the mechanical reliability of the combination valve.
  • the other return spring can at least partially take over the function of the defective return spring.
  • the first return spring can be designed as a compression spring and the second return spring as a torsion spring.
  • the first return spring acting directly on the kinematic element can be designed as a spherical pressure spring and the second return spring can be provided as a cylindrical torsion spring in particular.
  • two independently acting return springs make it possible to significantly reduce the movement of the components involved. It substantially reduces the tolerance chain within the array. This allows a more accurate and wear-free power transmission.
  • 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 intake air throttle or the low-pressure exhaust gas recirculation valve.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the first restoring spring exerts on the low-pressure exhaust gas recirculation valve a force directed into a closed position and the second return spring on the intake air throttle exerts a force directed into an open position.
  • the kinematic element has a first cage and a second cage, wherein in the first cage a drive element, in particular a drive crank for moving the kinematic element and the low-pressure exhaust gas recirculation valve engages, as well as in the second cage an output element engages the movement of the intake throttle.
  • a drive element in particular a drive crank for moving the kinematic element and the low-pressure exhaust gas recirculation valve engages
  • an output element engages the movement of the intake throttle.
  • a rotational movement of the drive element is correspondingly converted into a particular linear displacement movement of the kinematic element
  • a particular linear displacement movement of the kinematic element is converted into a rotational movement of the intake air throttle.
  • 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 element with the plane of movement of the output element 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.
  • 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 output element and the output crank is dimensioned according to the distance of the two sections and it presses no force the output element against one of the two sections.
  • a development of the invention provides that in normal operation in a range of motion of the kinematics element, the output element is pressed against the resistance of the intake air throttle in the direction of the first section due to the force applied by the second return spring restoring force 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 freely movable, 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 a movement region 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.
  • This can be caused, for example, by jamming or icing of the intake air throttle.
  • the intake throttle can not be moved solely by the return spring force.
  • Now moves the kinematic element in a corresponding range of motion the second section will come into contact with the output element. Due to the existing idle stroke between the first Section and the second section wins the kinematics element of kinetic energy and can transmit this impulse to the stuck intake throttle. In this way, a clamping or icy intake air throttle can be solved again.
  • the distance between the first and the second section can be selected such that a limited operation of the low-pressure exhaust gas recirculation valve is possible even without contacting the second section with the output element.
  • 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 Abgäs Weg brieflyuhgsventil 11 is disposed in an exhaust 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 disposed in an intake air passage having an intake air inlet 16, for example, in the intake air passage downstream of an air filter (not shown).
  • an intake air throttle valve 121 disposed in an intake air passage having an intake air inlet 16, for example, in the intake air passage downstream of an air filter (not shown).
  • 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 increases the influx of exhaust gas via the exhaust gas inlet 14.
  • 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. Thereby, no or little play of the drive pin 113 in the direction of the axis Y is provided.
  • 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 second cage 120 sets the output crank 122 in rotation about the axis Z and thus moves the intake air throttle 12 or its intake air throttle valve 121.
  • 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 Abgasschreib Equipmentsveritils 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 by the kinematic element 100, so that a certain momentum transfer takes place when the output pin 123 hits the second section 1202 of the second cage 120 and breakage 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 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 of 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 a.

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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. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kombiventil ein Kinematikelement aufweist, das gemeinsam das Niederdruck-Abgasrückführungsventil und die Ansaugluftdrossel betätigt, wobei eine erste Rückstellfeder und eine zweite Rückstellfeder vorgesehen sind, die voneinander unabhängig eine Rückstellkraft auf das Ki-nematikelement ausüben.

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. Es ergibt sich allerdings eine lange kinematische Kette hinsichtlich der Übertragung der mechanischen Kräfte über das Niederdruck-AGR-Einstellventil auf das Einlassdrosselventil. Als Konsequenz weist die Anordnung vergleichsweise viel Spiel oder hohe Reibungskräfte auf und ist dementsprechend fehleranfällig. Des Weiteren ist im Fehlerfall eines der Komponenten die ganze Kette betroffen, es gibt keine Redundanz.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile 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 weist das Kombiventil ein Kinematikelement auf, das gemeinsam das Niederdruck-Abgasrückführungsventil und die Ansaugluftdrossel betätigt, wobei eine erste Rückstellfeder und eine zweite Rückstellfeder vorgesehen sind, die voneinander unabhängig eine Rückstellkraft auf das Kinematikelement ausüben. Das Kinematikelement kann hierbei einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist es möglich, durch eine einzige Bewegung des Kinematikelements sowohl das Niederdruck-Abgasruckführungsventil als auch die Ansaugluftdrossel zu bewegen. Auf diese Weise ist zwar nur ein Betätigungselement vorhanden, es sind aber die kinematischen Wege zur Betätigung des Niederdruck-Abgasrückführungsventil und des Ansaugluftdrossel verschieden und damit zumindest teilweise entkoppelt. So ist beispielsweise bei einem Verklemmen der Ansaugluftdrossel das Niederdruck-Abgasrückführungsventil noch teilweise bewegbar.
  • Das Vorsehen zweier unabhängiger Federkräfte, die auf zwei verschiedene kinematische Wege auf das Kinematikelement einwirken, stellt aufgrund der Redundanz ein Sicherheitsmerkmal dar. Zwei voneinander unabhängige Rückstellfedern erhöhen die mechanische Betriebssicherheit des Kombiventils wesentlich. Bei einem Versagen wie beispielsweise einem Bruch oder dem langsamen Verlust der Federkraft einer der beiden Rückstellfedern kann die andere Rückstellfeder zumindest teilweise die Funktion der defekten Rückstellfeder übernehmen. Des Weiteren ist es so möglich, bei der Auslegung der gesamten Rückstellkraft des Kinematikelements zwei verschiedene Rückstellfedercharakteristiken zu kombinieren und so eine gleichmäßigere Federkraftverteilung über den gesamten Bewegungsbereich des Kinematikelements zu erreichen. So können die erste Rückstellfeder als Druckfeder und die zweite Rückstellfeder als Drehfeder ausgeführt sein. Beispielsweise kann die unmittelbar auf das Kinematikelement wirkende erste Rückstellfeder als sphärische Druckfeder ausgelegt sein und die zweite Rückstellfeder als insbesondere zylindrische Torsionsfeder vorgesehen sein.
  • Darüber hinaus ermöglichen zwei unabhängig voneinander wirkende Rückstellfedern konstruktiv eine deutliche Reduzierung des Bewegungsspiels der beteiligten Komponenten. Es reduziert sich die Toleranzkette innerhalb der Anordnung substantiell. Dies ermöglicht eine genauere und verschleißfreiere Kraftübertragung.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform 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 die Ansaugluftdrossel oder das Niederdruck-Abgasrückführungsventil mittelbar auf das Kinematikelement wirkt. Es ergibt sich somit eine deutliche kinematische Trennung der unabhängig voneinander arbeitenden Rückstellfedern, so dass bei einem Ausfall einer der beiden Rückstellfedern die andere zumindest teilweise die Rückstellfunktion übernehmen kann.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste Rückstellfeder auf das Niederdruck-Abgasrückführungsventil eine in eine Schließstellung gerichtete Kraft und die zweite Rückstellfeder auf die Ansaugluftdrossel eine in eine Offenstellung gerichtete Kraft ausübt.
  • Des Weiteren ergibt sich eine vorteilhafte Ausführungsform dadurch, dass 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. Dadurch findet die 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 bei einer Störung der Funktion der Ansaugluftdrossel durch eine entsprechende Gestaltung des zweiten Käfigs eine zumindest teilweise Funktionalität des Niederdruck-Abgasrückführungsventil sichergestellt werden. Bei einer Ausführungsform des Antriebselements als Kurbel wird entsprechend eine Drehbewegung des Antriebselements in eine insbesondere lineare Verschiebebewegung des Kinematikelements umgewandelt, und bei einer Ausführungsform des Abtriebselements als Kurbel wird eine insbesondere lineare Verschiebebewegung des Kinematikelements in eine Drehbewegung der Ansaugluftdrossel umgewandelt.
  • 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 des Antriebselements mit der Bewegungsebene des Abtriebselements einen von 180° oder 0° verschiedenen Winkel einschließt. Insbesondere kann dieser Winkel 90° betragen. Durch eine gewinkelte Anordnung von erstem und zweitem Käfig stehen die Achsen der sich bewegenden Teile zueinander senkrecht. Es findet eine bessere Verteilung der Kräfte von Kinematikelementantrieb und Ansaugluftdrosselantrieb statt, die von einem Gehäuse aufzunehmen sind.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kombiventils sieht vor, dass die Lagerung der Antriebskurbel ein Wälzlager und die Lagerung der Abtriebskurbel ein Gleitlager aufweist.
  • 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 des Abtriebselements bzw. der Abtriebskurbel entsprechend dem Abstand der zwei Abschnitte dimensioniert und es drückt keine Kraft das Abtriebselement gegen einen der beiden Abschnitte. Es besteht somit zwischen den zwei Abschnitten, die mit dem Abtriebselement interagieren, ein Spiel, das den Leerhub ermöglicht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Normalbetrieb in einem 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, d.h., dass der Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel geringer als die Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder ist.
  • Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in einem 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. Die kann beispielsweise durch ein Verklemmen oder Vereisen der Ansaugluftdrossel bedingt sein. Die Ansaugluftdrossel kann allein durch die Rückstellfederkraft nicht bewegt werden. Bewegt sich nun der Kinematikelement in einem entsprechenden Bewegungsbereich, wird der zweite Abschnitt mit dem Abtriebselement in Kontakt treten. 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. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt so gewählt werden, dass bereits ohne ein Kontaktieren des zweiten Abschnitts mit dem Abtriebselement ein eingeschränkter Betrieb des Niederdruck-Abgasrückführungsventils möglich ist.
    • 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-Abgäsrückführuhgsventil 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 Ansauglüftkanal 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 der 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-Abgasrückführungsveritils 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, so dass 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 Ansaugluft drossel 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 eine erste Rückstellfeder und eine zweite Rückstellfeder vorgesehen sind, die voneinander unabhängig eine Rückstellkraft auf das Kinematikelement (100) ausüben.
  2. Kombiventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder so eingerichtet ist, dass sie unmittelbar auf das Kinematikelement (100) wirkt und die zweite Rückstellfeder so eingerichtet ist, dass sie über die Ansaugluftdrossel (12) oder das Niederdruck-Abgasrückführungsventil (11) mittelbar auf das Kinematikelement (100) wirkt.
  3. Kombiventil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder als Druckfeder (114) und die zweite Rückstellfeder als Drehfeder (124) ausgeführt sind.
  4. Kombiventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellfeder auf das Niederdruck-Abgasrückführungsventil (11) eine in eine Schließstellung gerichtete Kraft und die zweite Rückstellfeder auf die Ansaugluftdrossel (12) eine in eine Offenstellung gerichtete Kraft ausübt.
  5. Kombiventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kinematikelement (100) einen ersten Käfig (110) und einem zweiten Käfig (120) aufweist, wobei in den ersten Käfig (110) ein Antriebselement, insbesondere in Form einer Antriebskurbel (112) zur Bewegung des Kinematikelements (100) und des Niederdruck-Abgasrückführungsventils (11) eingreift, sowie in den zweiten Käfig (120) ein Abtriebselement, insbesondere in Form einer Abtriebskurbel (122) zur Bewegung der Ansaugluftdrossel (11) eingreift.
  6. Kombiventil (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Käfig (110) oder eine Bewegungsebene des Antriebselements mit dem zweiten Käfig (120) oder mit einer Bewegungsebene des Abtriebselements einen von 180 Grad oder 0 Grad verschiedenen Winkel, insbesondere einen Winkel von 90 Grad, einschließt.
  7. Kombiventil (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Antriebskurbel (112) ein Wälzlager und die Lagerung des Abtriebselements (122) ein Gleitlager aufweist.
  8. Kombiventil (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 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) so zueinander beabstandet sind, dass das Abtriebselement zwischen dem ersten Abschnitt (1201) und dem zweiten Abschnitt (1202) ein Spiel hat.
  9. Kombiventil (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bewegungsbereich des Kinematikelements (100) in einem Normalbetrieb, der dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder einen Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel (12) übersteigt, das Abtriebselement mittels der Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder an den ersten Abschnitt (1201) diesen kontaktierend angedrückt wird.
  10. Kombiventil (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bewegungsbereich des Kinematikelements (100) in einem Vereisungs- oder Blockadezustand, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Bewegungswiderstand der Ansaugluftdrossel (12) die Rückstellkraft der zweiten Rückstellfeder übersteigt, bei einer Bewegung des Kinematikelements (100) in einer 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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