WO1997032125A1 - Abgasrückführventil - Google Patents

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WO1997032125A1
WO1997032125A1 PCT/DE1996/001775 DE9601775W WO9732125A1 WO 1997032125 A1 WO1997032125 A1 WO 1997032125A1 DE 9601775 W DE9601775 W DE 9601775W WO 9732125 A1 WO9732125 A1 WO 9732125A1
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WO
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exhaust gas
valve
gas recirculation
armature
valve according
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PCT/DE1996/001775
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Inventor
Erwin Krimmer
Bruno Hezel
Eberhard Wizgall
Tilman Miehle
Peter Jauernig
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to DE59606643T priority patent/DE59606643D1/de
Priority to JP9530497A priority patent/JPH11504694A/ja
Priority to US08/945,747 priority patent/US5975064A/en
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    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/52Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/59Systems for actuating EGR valves using positive pressure actuators; Check valves therefor
    • F02M26/61Systems for actuating EGR valves using positive pressure actuators; Check valves therefor in response to exhaust pressure
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M26/52Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/53Systems for actuating EGR valves using electric actuators, e.g. solenoids
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    • F02M26/65Constructional details of EGR valves
    • F02M26/66Lift valves, e.g. poppet valves
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M26/65Constructional details of EGR valves
    • F02M26/66Lift valves, e.g. poppet valves
    • F02M26/68Closing members; Valve seats; Flow passages

Definitions

  • the invention is based on an exhaust gas recirculation valve according to the preamble of claim 1.
  • the valve seat is designed as a conical seat which points into the interior of the exhaust gas recirculation line.
  • a conical valve member comes to rest on this seat, which is brought into the closed position by the force of the spring and is lifted off the valve seat by the electromagnetic force of the electromagnet.
  • Such a valve has the disadvantage that it is acted upon by the exhaust gas pressure in the closed position in the closing direction, so that considerable forces are necessary, in particular additionally in the case of negative pressure in the tube, to bring the valve into the open position. This requires a large-sized electromagnet and high energy, which must be provided cost-effectively by appropriately expanded output stages.
  • the exhaust gas recirculation valve according to the invention with the features of the characteristic has the advantage that the exhaust gas pressures acting on the valve member can be compensated for on the valve member by providing the movable wall. Accordingly, the actuating forces which are intended to bring the valve into the open position are only slight, so that the exhaust gas recirculation valve can be switched quickly and precisely.
  • the electromagnet can be small in size and operated with low energy consumption. The effort for an electrical control stage for the winding of the electromagnet is correspondingly low.
  • the exhaust gas recirculation valve can be held in intermediate positions by analog or quasi-analog control, clocked with a variable duty cycle.
  • control chamber is connected via a channel passing through the valve stem, so that a direct connection is made without a separate line between the exhaust gas recirculation line and the control room. This is particularly small with easy assembly and low sources of error.
  • the area of the valve member acted upon by the exhaust gas pressure in the closing direction of the valve is essentially the same size as the area of the movable wall acting in the opening direction of the valve member. By dimensioning this area, the closing force when the electromagnet is not energized or the opening force of the electromagnet can be set exactly.
  • the movable wall consists of a membrane.
  • the design of the exhaust gas recirculation valve according to The preceding claims 1 to 3 have the advantage that in the event of a rupture of the membrane, the compensation of the exhaust gas pressure in the closing direction is omitted and the valve is kept securely closed by the exhaust gas pressure upstream of the valve member. A partial flow of exhaust gas then passes through the control chamber, the torn membrane and the pressure chamber into the pipe as a partial quantity of exhaust gas recirculation, which can be limited by the cross section of the channel. In particular, it is avoided that, in the event of a failure of the membrane, hot exhaust gas flows into the surroundings of the exhaust gas recirculation valve, enters the engine compartment of the associated motor vehicle and can possibly cause damage there.
  • the movable wall is designed as a piston, according to claim 5, which reliably prevents failure, as can be possible when using a membrane.
  • the mouth of the channel upstream of the valve member is provided with a shield cap, which ensures that the pressure in the control chamber is not influenced as a function of a dynamic dynamic pressure, but rather occurs as a static exhaust gas pressure.
  • the upstream wall deflects an inflow of exhaust gas towards the mouth, so that exhaust gas can only enter the channel transversely thereto at a pressure which corresponds to the static pressure in the exhaust gas recirculation line.
  • a setting result of the exhaust gas recirculation valve is thus advantageously not influenced by the flow pressure, in particular if it is to assume intermediate positions between open and closed.
  • the kind of Mouth of the nozzle in the tube according to claim 12 has the advantage that the nozzle itself is intensively washed by cooling air with air flow in the tube and the introduction of exhaust gas takes place in the region of the flow profile in the tube, which has the highest speed and thus a very fast , uniform swirling of exhaust gas with air supplied. If the mouth is moved directly adjacent to a throttle valve controlling the flow cross-section of the tube, this cooling and swirling effect can be intensified at different positions of the throttle valve.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the exhaust gas recirculation valve with a membrane as the movable wall
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the exhaust gas recirculation valve with a piston as the movable wall.
  • a tube 1 is shown, which is part of an intake system of an internal combustion engine, for example.
  • a first opening 3 and diametrically opposite a second opening 4 are provided in the wall 2 of the tube 1.
  • An exhaust gas recirculation line 6 opens into the pipe 1 via the first opening 3. It is part of the
  • a connector 8 is provided, protrudes into the interior of the tube through the opening 3.
  • the nozzle 8 can be formed, for example, as a drawn part made of sheet metal and has on the outside a flange 9 which is screwed together with a flange 10 of the exhaust gas recirculation line and a corresponding flange of the pipe 1, not shown, so that the transition from
  • Exhaust gas return line and nozzle is tightly closed.
  • the connecting piece is guided through the opening 3 at a lateral distance to produce thermal insulation, in particular when the tube 1 is made of plastic.
  • a conical part 12 adjoins the cylindrical part 11 of the nozzle protruding through the opening 3 and forms a valve seat 13, the seat surface of which is directed into the interior of the nozzle or towards the exhaust gas recirculation line. Subsequent to the valve seat 13, the connecting piece merges into a tube part 14 with a reduced diameter, which has its mouth into the tube 1 just before the axis of the tube 1.
  • a valve member 15 cooperates with the valve seat 13, which has a conical sealing surface 16 and is attached to the end of a valve stem 17.
  • This valve stem is tightly guided in a bore 18 which is axially introduced into the core 19 of an electromagnet 20.
  • the core 19 is guided with a nozzle 21 in the second opening 4 and also tightly connected to the tube 1 in a manner not shown.
  • the core carries a magnetic winding 22, which is arranged inside the housing 24 receiving the electromagnet.
  • An immersion armature 25 with an essentially circular cylindrical shape cooperates with the core and, when the magnetic winding is excited, dips into an axial recess 26 in the core 19.
  • the ring wall surrounding the recess 26 27 of the core increases in cross-section with increasing immersion depth. In this way, a linear characteristic of the electromagnet is achieved.
  • a compression spring 29 acts against the magnetic force that pulls the armature into the recess 26 and is clamped between the armature 25 and the magnetic core 19 and is guided on the valve stem
  • valve stem 17 coaxially penetrates the magnetic core 19 and carries the armature 25 at its end.
  • the valve stem has an outer ring shoulder 30 which is directed away from the tube 1 and the magnetic core 25 has a bore 31. by means of which it is pushed on the part 32 of the valve stem with reduced diameter up to the shoulder 30. In this position, it is fixed on the valve stem 17 by lock nuts 33.
  • the armature can also be pressed onto the valve stem. Between the end face 34 and the lock nuts 33, a washer 35 is provided, between which and the end face 34 a membrane 36 is clamped, which is sealed on its outer circumference 37 between a flange 38 of the housing 24 and a cover 39.
  • the membrane 36 now includes a control chamber 41 towards the cover 39, into which only one channel 42 opens, which is guided coaxially through the valve stem and, on the other hand, opens in an unsealable manner inside the connector 8 upstream of the valve seat 13.
  • the membrane delimits a pressure chamber 44, which is connected to the interior of the tube 1 in a non-closable manner via a first channel 46 in the armature 25 and a second channel 47 in the core 19.
  • a throttle valve 49 is arranged in the tube 1 immediately adjacent to the nozzle 8 so that it can be brought from a fully open position, as shown, to a fully closed position of the tube.
  • the free effective diameter of the diaphragm 36 which is loaded by the pressure in the control chamber 41 on the one hand and the pressure in the pressure chamber 44 on the other hand, is essentially the same size as the diameter of the valve member 14 which is effectively acted upon in the closing direction of the valve member 15 by the pressure in the exhaust gas recirculation line on the valve member, the exhaust gas pressure in the opening direction essentially on an area of the same size as the area which is acted upon by the exhaust gas pressure in the closing direction.
  • the exhaust gas forces on the valve member cancel each other out.
  • the degree of compensation can be varied by the choice of the areas applied.
  • the closing force of the compression spring 29 then acts mainly in the closing direction of the valve member.
  • the exhaust gas recirculation valve is brought into different opening positions when the magnet winding 22 of the electromagnet 20 is excited.
  • the force required for this is measured from the required closing force of the exhaust gas recirculation valve.
  • it is also not influenced by the pressures in the exhaust gas recirculation line and in pipe 1. This is because these negative pressures act both on the surface of the valve member 15 facing the tube and on the diaphragm on the side of the pressure chamber 44. The resulting forces acting on these surfaces also cancel each other out.
  • Such a valve is very small because the relatively low actuating forces only require a small electromagnet.
  • the provision of energy for such a magnet is not very expensive, both with regard to the generation of energy and with respect to the required control output stages of an electronic control device.
  • the magnet is advantageously controlled in a clocked manner with a variable pulse duty factor, so that different intermediate positions and thus metering cross sections can be set on the exhaust gas recirculation valve between v completely open and 'completely closed'.
  • a variable pulse duty factor e.g. 1 metering cross sections
  • the mouth 50 of the channel 42 which lies centrally to the valve member 15, is protected by a shield cap 51.
  • This cap has a wall axially in front of the mouth, which serves as a baffle for the incoming exhaust gas flow. Through lateral openings 53, the exhaust gas can then enter the control chamber 41 to form pressure. This takes place from a flow-reduced zone within the cap 51 with a pressure which is equal to the static pressure of the exhaust gas in the exhaust gas recirculation line.
  • the type of introduction of the exhaust gas pressure into the control chamber 41 is particularly advantageous through the channel 42 provided here in the valve stem 17. Because of this configuration, no separate line connections between the exhaust gas recirculation line and the control chamber 41 are necessary, which in the other case require additional connection effort and sealing effort with the possibility of a would bring damage. Of course, instead of the channel that goes through the valve stem, it is also possible to provide a correspondingly different connection, for. B. in the form of a Housing of the exhaust gas recirculation valve and the pipe leading to the exhaust gas recirculation line or a separate line there.
  • the exhaust gas entering the pipe 1 when the exhaust gas recirculation valve is open is only released via the pipe part 14 approximately in the middle of the pipe 1, where the highest velocity components of a flow profile of the medium flowing through the pipe 1 occur.
  • this medium is air or an air / fuel mixture.
  • This wide hand into the tube 1 in the thin-walled design of the nozzle leads to intensive cooling of the nozzle by the cooler air flowing around it, which removes heat from the connection point of the nozzle to the tube 1, which is taken up by the exhaust gas recirculation line 6 and passed on. So that the connection point between nozzle 8 and pipe 1 is less thermally stressed.
  • the immediate vicinity of the throttle valve intensifies the air flow.
  • the introduction of the exhaust gas into the flow core of the tube 1 improves the rapid swirling and mixing of the introduced exhaust gas with the medium flowing there.
  • the valve construction described is highly damage-proof, such that in the event of a breakage Membrane 36 the force compensation by the exhaust gas pressure in the control chamber 41 is omitted, which has the consequence that the exhaust gas pressure acts on the valve member 15 in its closing direction.
  • an excessively high exhaust gas recirculation be set, which maintains the operability of an associated internal combustion engine.
  • exhaust gas recirculation occurs to a small extent via channel 42, control chamber 41, channels 46 and 47 into the pipe 1. Under no circumstances does exhaust gas escape into the environment if the membrane breaks.
  • a second embodiment of the exhaust gas recirculation valve according to the invention according to FIG. 2 essentially the same parts are provided as in the embodiment according to FIG. 1.
  • the part of the armature 125 facing away from the magnetic core is designed as a piston 136 which, in replacement of the membrane, forms a movable wall by the piston sliding tightly in a bore 61 and in turn sealingly enclosing a control chamber 141 with a housing cover 139.
  • the piston 136 separates this control chamber 141 from a pressure chamber 144, the design of which is the same as the pressure chamber 44 from the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the bore 61 is provided in a housing part which consists of non-magnetizable material, preferably in the form of a Brass sleeve 65, which is firmly inserted into the housing, so that the piston is easily movable within this range, unaffected by the magnet.
  • a housing part which consists of non-magnetizable material, preferably in the form of a Brass sleeve 65, which is firmly inserted into the housing, so that the piston is easily movable within this range, unaffected by the magnet.
  • the end face 66 of the piston reaches a seal 67 which leads to the Example is used on the lid 139, such that the control chamber 141 is sealed to guide the piston when the exhaust gas recirculation valve is in its closed position.
  • the piston 136 can also be provided with an axial recess 68, into which the channel 42 opens and which is filled by a soot filter. This also avoids contamination of the guide of the piston 136 in the sleeve 65.
  • this embodiment has the essential advantage that a case of damage, such as the rupture of the membrane of FIG. 1, does not have to be expected here. The valve therefore has a much longer life expectancy.
  • a shield cap 51 is also provided on the valve member 15, which prevents dynamic exhaust gas pressure from reaching the control chamber 141.

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Abstract

Es wird ein Abgasrückführventil vorgeschlagen, dessen Ventilglied (15) mit einem Ventilsitz (13) eines Stutzens (8) einer Abgasrückführleitung (6) zusammenwirkt, wobei der Stutzen (8) in ein Rohr (1) des Ansaugsystems einer Brennkraftmaschine ragt und der Ventilsitz zur Eintrittsseite der Abgasrückführleitung (6) weist. Ein Ventilglied (15) des Abgasrückführventils wird somit vom Abgasdruck in Schließrichtung beaufschlagt, ergänzend zu einer Druckfeder (29), entgegen der ein Anker (25) eines Elektromagneten (20) in Öffnungsrichtung wirkt. Zum Ausgleich der in Schließrichtung wirkenden Kräfte wird das Abgas über einen Kanal (42) des Ventilschaftes (17) in einen Steuerraum (41) geführt, der über eine bewegliche Wand (36) gegenüber dem Druck im Rohr (1) verschlossen ist, mit einer Wirkfläche, die im wesentlichen der Wirkfläche des Ventilglieds (15) entspricht. Man erhält somit einen Kräfteausgleich, derart, daß die Steuerung des Abgasrückführventils nur noch von den elektromagnetischen Kräften und der Kraft der Druckfeder (29) abhängt.

Description

Abgasrückführventil
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Abgasrückführventil gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einem solchen, durch die DE-A-43 38 194 bekannten Abgasrückführventil ist der Ventilsitz als kegelförmiger Sitz ausgebildet, der in das Innere der Abgsrückführleitung weist. Auf diesem Sitz kommt ein kegelförmiges Ventilglied zur Anlage, das durch die Kraft der Feder in Schließstellung gebracht wird und durch die elektromagnetische Kraft des Elektromagneten vom Ventilsitz abgehoben wird. Ein solches Ventil hat den Nachteil, daß es durch den Abgasdruck bei Schließstellung in Schließrichtung beaufschlagt wird, so daß erhebliche Kräfte notwendig sind, insbesondere zusätzlich bei Unterdruck im Rohr, das Ventil in Öffnungsstellung zu bringen. Dies erfordert einen großbauenden Elektromagneten und eine hohe Energie, die durch entsprechend ausgebaute Endstufen kostenträchtig bereitgestellt werden muß.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Abgasrückführventil mit den Merkmalen des Kennzeichens hat demgegenüber den Vorteil, daß am Ventilglied durch die Bereitstellung der beweglichen Wand ein Ausgleich der auf das Ventilglied wirkenden Abgasdrücke erzielt werden kann. Dementsprechend sind die Betätigungskräfte, die das Ventil in Öffnungsstellung bringen sollen, nur gering, so daß ein schnelles und exaktes Schalten des Abgasrückführventils möglich ist. Zudem kann der Elektromagnet kleinbauend sein und mit einem geringen Energieeinsatz betrieben werden. Entsprechend klein ist auch der Aufwand für eine elektrische Ansteuerstufe für die Wicklung des Elektromagnets. In besonders vorteilhafter Weise kann das Abgasrückführventil durch analoge oder quasianaloge Ansteuerung, getaktet mit variablen Tastverhältnis, in Zwischenstellungen gehalten werden.
In vorteilhafter Weiterbildung erfolgt die Verbindung deε Steuerraumε über einen durch den Ventilschaft gehenden Kanal, so daß eine unmittelbare Verbindung ohne gesonderte Leitungsführung zwischen Abgasrückführleitung und Steuerraum verwirklicht wird. Dies baut insbesondere klein bei leichter Montierbarkeit und geringen Fehlerquellen. Für den Druckausgleich iεt insbesondere nach Patentanspruch 3 die vom Abgasdruck in Schließrichtung des Ventils beaufschlagte Fläche des Ventilglieds im wesentlichen gleich groß wie die in Öffnungsrichtung des Ventilglieds wirkende Fläche der beweglichen Wand. Durch die Dimensionierung dieser Fläche können die Schließkraft bei nicht erregtem Elektromagneten beziehungsweise die Öffnungskraft des Elektromagneten exakt eingestellt werden. In weiter vorteilhafter Ausgestaltung besteht die bewegliche Wand aus einer Membrane. Dabei bietet die Ausführung deε Abgasrückführventils nach den vorstehenden Ansprüchen 1 bis 3 den Vorteil, daß im Falle eines Risses der Membrane die Kompensation des Abgasdruckes in Schließrichtung entfällt und das Ventil durch den Abgasdruck stromaufwärts des Ventilglieds sicher geschlossen gehalten wird. Ein Teilstrom von Abgas gelangt dann über die Steuerkammer, die gerissene Membrane und den Druckraum in das Rohr als Teilmenge einer Abgasrückführung, die durch den Querschnitt des Kanals begrenzt werden kann. Insbesondere wird vermieden, daß bei einem Versagen der Membrane heißes Abgas in die Umgebung des Abgasrückführventils abströmt, in den Motorraum des zugehörigen Kraftfahrzeugs gelangt und dort gegebenenfalls Schäden verursachen kann.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung ist die bewegliche Wand als Kolben ausgebildet, gemäß Patentanspruch 5 womit ein Versagen, wie es bei der Verwendung einer Membrane möglich werden kann, hier sicher vermieden wird. Mit dieser Ausgestaltung kann vor allen Dingen auch sehr genau die Fläche bestimmt werden, die kompensierend zu dem Abgasdruck in Schließrichtung des Ventils auf das Ventilglied einwirkt. In vorteilhafter Weiterbildung gemäß Patentanspruch 11 ist der Mündung des Kanals vorgelagert am Ventilglied eine Schirmkappe vorgesehen, die dafür Sorge trägt, daß der Druck im Steuerraum nicht in Abhängigkeit von einem dynamischen Staudruck beeinflußt wird, sondern sich als statischer Abgasdruck einstellt. Die vorgelagerte Wand lenkt eine Anströmung von Abgas zur Mündung ab, so daß Abgas nur quer dazu mit einem Druck, der dem statischen Druck in der Abgasrückführleitung entspricht, in den Kanal eintreten kann. Somit wird vorteilhaft ein Stellergebnis des Abgasrückführventils, insbesondere, wenn dieses Zwischenstellungen zwischen offen und geschlossen einnehmen soll, durch den Strömungsdruck nicht beeinflußt. Die Art der Einmündung des Stutzens in das Rohr gemäß Patentanspruch 12 hat den Vorteil, daß der Stutzen selbst intensiv von kühlender Luft bei Luftführung im Rohr umspült wird und die Einführung von Abgas im Bereich des Strömungsprofils im Rohr erfolgt, das die höchste Geschwindigkeit aufweist und somit eine sehr schnelle, gleichmäßige Verwirbelung von Abgas mit zugeführter Luft ermöglicht. Wird gemäß Patentanspruch 13 die Mündung unmittelbar angrenzend an eine den Durchströmquerschnitt des Rohres steuernde Drosselklappe bewegt, so kann bei verschiedenen Stellungen der Drosselklappe dieser Kühlungs- und Verwirbelungseffekt intensiviert werden.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine erste Ausführungsform deε Abgaεrückführventilε mit einer Membrane als beweglicher Wand und Figur 2 eine zweite Ausführungsform des Abgasrückführventils mit einem Kolben als beweglicher Wand.
Beschreibung
In Figur 1 ist ein Rohr 1 dargestellt, das zum Beispiel Teil eines Ansaugsystemes einer Brennkraftmaschine ist. In der Wand 2 des Rohres 1 sind eine erste Öffnung 3 und dieser diametral gegenüberliegend eine zweite Öffnung 4 vorgesehen. Über die erste Öffnung 3 mündet eine Abgasrückführleitung 6 in das Rohr 1 ein. Dabei ist als Teil der
Abgasrückführleitung ein Stutzen 8 vorgesehen, in das Innere des Rohres durch die Öffnung 3 hineinragt. Der Stutzen 8 kann zum Beispiel als Ziehteil aus Blech geformt sein und hat außenliegend einen Flanεch 9, der zusammen mit einem Flansch 10 der Abgasrückführleitung und einem entsprechenden, nicht weiter gezeigten Flansch des Rohres 1 verschraubt iεt, εo daß der Übergang von
Abgaεrückführleitung und Stutzen dicht verschlossen ist. Der Stutzen wird mit seitlichem Abstand durch die Öffnung 3 geführt, zur Herstellung einer thermischen Isolation, insbeεondere dann, wenn das Rohr 1 aus Kunststoff gefertigt ist .
An dem durch die Öffnung 3 ragenden zylindrischen Teil 11 des Stutzens schließt sich ein kegelförmiger Teil 12 an, der einen Ventilsitz 13 bildet, dessen Sitzfläche ins Innere des Stutzens beziehungsweise zur Abgasrückführleitung hin gerichtet ist. Anschließend an den Ventilsitz 13 geht der Stutzen in ein Rohrteil 14 mit verringertem Durchmesser über, das kurz vor der Achse des Rohres 1 seine Mündung in das Rohr 1 hat .
Mit dem Ventilsitz 13 wirkt ein Ventilglied 15 zusammen, das eine kegelförmige Dichtfläche 16 hat und am Ende eines Ventilschafts 17 befestigt ist. Dieser Ventilschaft wird in einer Bohrung 18 dicht geführt, die in den Kern 19 eines Elektromagneten 20 axial eingebracht ist. Der Kern 19 ist mit einem Stutzen 21 in der zweiten Öffnung 4 geführt und in nicht weiter gezeigter Weise ebenfalls mit dem Rohr 1 dicht verbunden. Der Kern trägt eine Magnetwicklung 22, die innerhalb des den Elektromagneten aufnehmenden Gehäuses 24 angeordnet ist. Mit dem Kern arbeitet ein Tauchanker 25 mit im wesentlichen kreiszylindrischer Form zusammen, der bei Erregung der Magnetwicklung in eine axiale Ausnehmung 26 des Kerns 19 eintaucht. Die die Auεnehmung 26 umgebende Ringwand 27 des Kerns nimmt mit zunehmender Eintauchtiefe im Querschnitt zu. Auf diese Art und Weiεe wird eine Linearcharakteriεtik des Elektromagneten erzielt. Entgegen der magnetischen Kraft, die den Anker in die Ausnehmung 26 zieht, wirkt eine Druckfeder 29, die zwischen Anker 25 und Magnetkern 19 eingespannt ist und am Ventilschaft 17 geführt wird.
Der Ventilschaft 17 durchdringt, wie bereits oben aufgeführt, koaxial den Magnetkern 19 und trägt an seinem Ende den Anker 25. Im ausgeführten Beispiel weist dazu der Ventilschaft eine Außenringschulter 30 auf, die vom Rohr 1 weggerichtet ist und der Magnetkern 25 eine Bohrung 31 auf, mittels der er auf dem im Durchmesser reduzierten Teil 32 des Ventilschafteε bis zur Anlage an die Schulter 30 geschoben wird. In dieser Stellung wird er durch Kontermuttern 33 auf dem Ventilschaft 17 fixiert. Alternativ kann der Anker auch auf dem Ventilschaft afgepreßt sein. Zwischen der Stirnseite 34 und den Kontermuttern 33 ist eine Scheibe 35 vorgesehen, zwischen der und der Stirnseite 34 eine Membrane 36 eingespannt wird, die an ihrem Außenumfang 37 zwischen einem Flansch 38 des Gehäuses 24 und einem Deckel 39 dicht eingeschlossen wird.
Die Membrane 36 schließt nun zum Deckel 39 hin einen Steuerraum 41 ein, in den lediglich ein Kanal 42 mündet, der koaxial durch den Ventilschaft hindurchgeführt ist und andererseits unverschließbar im Inneren des Stutzens 8 stromaufwärts des Ventilsitzes 13 mündet. Auf der dem Steuerraum 41 gegenüberliegenden Seite begrenzt die Membrane einen Druckraum 44, der über einen ersten Kanal 46 im Anker 25 und einem zweiten Kanal 47 im Kern 19 mit dem Inneren des Rohres 1 unverschließbar verbunden ist. Weiterhin ist im Rohr 1 unmittelbar angrenzend an den Stutzen 8 eine Drosselklappe 49 so angeordnet, daß sie von voller Offenstellung, wie gezeigt, in eine voll geschlossene Stellung des Rohres bringbar ist.
Der freie Wirkdurchmesεer der Membrane 36, der vom Druck im Steuerraum 41 einerseits und vom Druck im Druckraum 44 andererseitε belaεtet wird, ist im wesentlichen gleich groß wie der wirksam in Schließrichtung des Ventilglieds 15 vom Druck in der Abgasrückführleitung beaufschlagte Durchmesser des Ventilglieds 14. Somit wirkt auf das Ventilglied der Abgasdruck in Öffnungsrichtung im wesentlichen auf eine gleich große Fläche wie die Fläche, die durch den Abgasdruck in Schließrichtung beaufschlagt wird. Es heben sich die Abgaskräfte am Ventilglied auf. Der Grad der Kompensation kann durch die Wahl der beaufschlagten Flächen variiert werden. In Schließrichtung des Ventilglieds wirkt dann somit hauptsächlich die Schließkraft der Druckfeder 29. Entgegen der Kraft dieser Feder wird das Abgasrückführventil bei Erregung der Magnetwicklung 22 des Elektromagneten 20 in verεchiedene Öffnungεεtellungen gebracht. Die Kraft, die dazu notwendig ist, bemißt sich aus der erforderlichen Schließkraft des Abgasrückführventils. Sie ist aber auch nicht durch die Drücke in der Abgasrückführleitung und im Rohr 1 beeinflußt. Denn diese Unterdrücke wirken sowohl auf die zum Rohr weisende Fläche des Ventilglieds 15 als auch auf die Membrane auf der Seite der Druckkammer 44. Die aus diesen Flächen beaufschlagten, resultierenden Kräfte heben sich ebenfalls gegenseitig auf. Ein solches Ventil baut sehr klein, da die relativ geringen Stellkräfte nur einen kleinen Elektromagneten erforderlich machen. Die Energiebereitstellung für einen solchen Magneten ist wenig aufwendig sowohl bzgl. der Energieerzeugung als auch bzgl. den erforderlichen Ansteuerungsendstufen einer elektronischen Steuereinrichtung. Vorteilhaft wird der Magnet getaktet mit variablem Tastverhältnis angesteuert, womit zwischen vganz auf und 'ganz zu' verschiedene Zwischenstellungen und somit Dosierungsquerschnitte am Abgasrückführventil einstellbar sind. Natürlich könnte es auch analog angesteuert werden. Um inεbesondere in Halboffenstellung und Offenstellung eine Druckerhöhung im Steuerraum 41 zu vermeiden, die aufgrund einer dynamischen Anströmung des am Abgasrückführventil austretenden Abgases entstehen können, ist die Mündung 50 des Kanals 42, die zentrisch zum Ventilglied 15 liegt, durch eine Schirmkappe 51 geschützt. Diese Schirmkappe weist eine der Mündung axial vorgelagerte Wand auf, die als Prallwand für die ankommende Abgasströmung dient. Durch seitliche Öfffnungen 53 kann dann daε Abgas zur Druckbildung in den Steuerraum 41 eintreten. Dies erfolgt aus einer strömungsberuhigten Zone innerhalb der Kappe 51 mit einem Druck, der gleich dem statischen Druck des Abgases in der Abgasrückführleitung ist.
Die Art der Einbringung des Abgasdruckes in den Steuerraum 41 ist besonders vorteilhaft durch den hier vorgesehenen Kanal 42 im Ventilschaft 17. Aufgrund dieser Ausgestaltung sind keine gesonderten Leitungsverbindungen zwischen Abgasrückführleitung und dem Steuerraum 41 notwendig, die im anderen Falle zusätzlichen Verbindungsaufwand und Dichtaufwand mit der Möglichkeit eines Schadensfalles mit sich bringen würde. Natürlich ist auch möglich statt des Kanals, der durch den Ventilschaft geht, eine entsprechend andere Verbindung vorzusehen, z. B. in Form eines durch das Gehäuse des Abgasrückführventilε und daε Rohr zur Abgaεrückführleitung geführten Kanalε oder einer separaten Leitung dorthin.
Da durch den Steuerraum 41 keine Abgasströmung auftritt, kann das dort enthaltenen Gas seine Wärme an das Gehäuse abgeben und es bleibt weit unter der Temperatur, die das Abgas aufweist, das über die Abgasrückführleitung zuströmt. Es wird lediglich der Abgasdruck weitergegeben, nicht aber kommt eε zu einem wesentliche Gasaustausch über den die Membran stark temperaturbelastet wäre.
Daε bei geöffneten Abgaεrückführventil in das Rohr 1 eintretende Abgas wird über den Rohrteil 14 erst etwa in der Mitte des Rohres 1 freigegeben, dort wo die höchsten Geschwindigkeitsanteile eines Strömungsprofils des das Rohr l durchströmenden Mediums auftreten. Dieses Medium ist im vorliegenden Falle Luft oder Luftkraftstoffgemisch. Diese weite Hineinreichung in das Rohr 1 bei der dünnwandigen Ausgestaltung des Stutzens führt zu einer intensiven Kühlung des Stutzens durch die umströmende kühlere Luft, was der Verbindungsεtelle des Stutzens mit dem Rohr 1 Wärme entzieht, die über die Abgasrückführleitung 6 vom Abgas aufgenommen und weitergeleitet wird. Damit wird die Verbindungsstelle zwischen Stutzen 8 und Rohr 1 thermisch weniger belastet. Die unmittelbare Nachbarschaft der Drosselklappe bewirkt eine Intensivierung der Luftströmung. Die Einführung des Abgaseε in den Strömungskern des Rohres 1 verbessert die schnelle Verwirbelung und Vermischung des eingeführten Abgases mit dem dort strömenden Medium.
Die beschriebene Ventilkonstruktion ist im hohen Maße Schadenssicher, derart, daß im Falle eines Bruches der Membrane 36 der Kraftausgleich durch den Abgasdruck im Steuerraum 41 entfällt, was zur Folge hat, daß der Abgasdruck verεtärkt auf daε Ventilglied 15 in dessen Schließrichtung wirkt. Dabei kann in keinem Falle eine zu hohe Abgasrückführung eingestellt werden, was die Betriebstähigkeit einer zugehörigen Brennkraftmaschine erhält. Selbst wenn der Magnet aufgrund zu hoher Abgasdruckkräfte nicht mehr in der Lage sein sollte, ordnungsgemäß zu arbeiten oder gar das Ventil zu öffnen, erfolgt im geringen Maße noch eine Abgasrückführung über den Kanal 42, den Steuerraum 41, die Kanäle 46 und 47 in das Rohr 1. In keinem Falle tritt aber bei einem Bruch der Membrane Abgas in die Umgebung aus .
Bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasrückführventils gemäß Figur 2 sind im wesentlichen gleiche Teile wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 vorgesehen. Abweichend von dieser ist der im Magnetkern abgewandte Teil des Ankers 125 als Kolben 136 ausgebildet, der in Ersatz der Membrane eine bewegliche Wand bildet, indem der Kolben dicht in einer Bohrung 61 gleitet und dabei mit einem Gehäusedeckel 139 wiederum einen Steuerraum 141 dicht einschließt. Dabei trennt der Kolben 136 diesen Steuerraum 141 von einem Druckraum 144, der in seiner Ausgestaltung gleich ist wie der Druckraum 44 vom Ausführungsbeispiel nach Figur 1. Die Bohrung 61 ist dabei in einem Gehäuseteil vorgesehen, das aus nicht magnetisierbarem Werkstoff besteht, vorzugsweise in Form einer Messinghülse 65, die fest in das Gehäuse eingesetzt ist, so daß sich der Kolben unbeeinflußt vom Magneten innerhalb dieses Bereiches leicht beweglich ist. In seiner in der Figur 2 gezeigten Schließstellung gelangt die Stirnseite 66 des Kolbens an eine Dichtung 67, die zum Beispiel am Deckel 139 eingesetzt ist, derart, daß der Steuerraum 141 zur Führung des Kolbens hin abgedichtet wird, wenn sich das Abgasrückführventil in seiner Schließstellung befindet. Damit wird vermieden, daß Abgas über die Führung in den Druckraum 144 austreten kann, waε wegen des notwendigen Verschiebespiels des Kolbens möglich wäre und was dazu führen könnte, daß sich Abgasablagerungen in der Führung bilden, die dann insbesondere nach längeren Schließzeiten des Abgasventils zu erhöhten Reibungen und Funktionsausfällen des Abgasrückführventils führen könnte. Der Kolben 136 kann ferner, wie gezeigt, mit einer axialen Ausnehmung 68 versehen sein, in die derr Kanal 42 mündet und die durch ein Rußfilter ausgefüllt ist. Auch dies vermeidet eine Verschmutzung der Führung des kolbens 136 in der Hülse 65. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 hat diese Ausführungεform dabei den wesentlichen Vorteil, daß mit einem Schadensfall, wie dem Bruch der Membrane von Figur 1, hier nicht gerechnet werden muß. Das Ventil hat somit eine wesentlich höhere Lebenserwartung. Wie auch beim vorhergehenden Auεführungsbeispiel ist am Ventilglied 15 ebenfalls eine Schirmkappe 51 vorgesehen, die verhindert, daß ein dynamischer Abgasdruck in den Steuerraum 141 gelangt.

Claims

Ansprüche
1. Abgasrückführventil zur Steuerung von Abgasrückführ- mengen, die der Saugseite einer Brennkraftmaschine über eine Abgasrückführleitung (8) zugeführt werden, die einen kegel¬ förmigen, der Abgasströmung in der Abgasrückführleitung ent¬ gegengerichteten Ventilsitz (13) aufweist, mit dem ein Ventilglied (15) zusammenwirkt, das von einem Anker (25, 125) eines Elektromagneten (20) betätigt wird, der in einem Gehäuse (24) angeordneten ist, daε mit einem das rückge¬ führte Abgas weiterleitenden Rohr (1) verbundenen ist, wobei das Ventilglied in die Abgasrückführleitung (8) stromauf¬ wärts des Ventilsitzes hinein öffnet und am Ende eines durch die Wand (2) des Rohres (1) hindurchgeführten, von einer Feder (29) in Schließrichtung des Ventilgliedε (15) belaste¬ ten Ventilschafts (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Anker (25, 125) fest mit dem Ventilschaft (17) verbunden ist und der Ventilschaft (17) wenigstens mittelbar fest mit einer beweglichen Wand (36, 136) verbunden ist, die auf ihrer einen Seite einen mit dem Innern des Rohres (1) verbundenen Druckraum (44, 144) begrenzt und diesen von einem εich auf ihrer anderen Seite anschließenden, mit der Abgaεrückführleitung (6) εtromaufwärts des Ventilsitzes (13) verbundenen Steuerraum (41, 141) dicht trennnt.
2. Abgasrückführventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Steuerraum (41,141) über einen Kanal (42) im Ventilschaft (17) mit der Abgasrückführleitung (6, 8) strom¬ aufwärts des Ventilsitzes verbunden ist.
3. Abgasrückführventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Abgasdruck in Schließrichtung beaufschlagte Fläche deε Ventilgliedε (15) im wesentlichen gleich groß wie die den Steuerraum (41, 141) begrenzenden, auf den Ventilschaft (17) in Öffnungsrichtung des Ventil- gliedε (15) wirkende Fläche der beweglichen Wand (36, 136) ist.
4. Abgaεrückführventil nach Anspruch 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die bewegliche Wand eine Membran (36) ist, deren Ränder einerseitε im Gehäuse (24, 38, 39) eingespannt sind und andererseits mit dem Ventilschaft (17) den Durch¬ tritt des Kanals ermöglichend dicht verbunden sind.
5. Abgasrückführventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die bewegliche Wand (136) als dicht im Gehäuse geführter Kolben ausgebildet ist.
6. Abgasrückführventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Kolben (136) Teil des Ankers (125) ist und als dessen Verlängerung in einer nichtmagnetisierbaren Teil (65) gleitet.
7. Abgasrückführventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Anker in seiner Endstellung entsprechend der Schließstellung des Ventilglieds in dichter Anlage mit einer Dichtung (67) ist, die in dieser Stellung des Ankers (136) den Steuerraum (141) von der Führung des Ankers in dem nichtmagnetisierbaren Teil (65) trennt.
8. Abgasrückführventil nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (13) und die Dicht¬ fläche (16) des Ventilglieds (15) kegelförmig ausgebildet sind.
9. Abgasrückführventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker als Tauchanker (25, 125) ausgeführt ist, der am Ventil¬ schaft (17) befestigt ist.
10. Abgasrückführventil nach Anspruch 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Elektromagnet (20) alε Linearmagnet ausge¬ führt ist .
11. Abgasrückführventil nach Anspruch 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Anker (25, 125) und der Magnetkern (19) des Elektromagneten (20) Kanäle (46, 47) aufweisen, die die Verbindung zwischen Rohr (1) und Druckraum (44, 144) herstellen.
12. Abgasrückführventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventilglied (15) eine Schirmkappe (51) vorgesehen ist, die eine der Mündung (50) des Kanals (42) entgegen der Strömungsrichtung deε anströmenden Abgaεeε vorgelagerte Wand (52) aufweist.
13. Abgasrückführventil nach einem der vorstehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrückführleitung in Form eines Stutzens (8) ausgeführt ist, an dem der Ventil¬ sitz (13) ausgebildet ist und der senkrecht in das Rohr (1) .
14. Abgasrückführventil nach Anspruch 13, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Stutzen (8) aus gezogenem Blech gebildet ist und anschließend an den Ventilsitz in ein Rohrteil (14) übergeht, die den Ventilschaft (17) umgibt und bis etwa in die Mitte der Rohres (1) reicht.
15. Abgasrückführventil nach Anεpruch 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß daε Rohrteil (14) unmittelbar stromaufwärts einer den Durchströmquerschnitt des Rohres (1) steuernden Drosselklappe (49) liegt.
16. Abgasrückführventil nach einem der vorstehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (20) von einer Steuereinrichtung getaktet mit variablen Tastverhält¬ nis angesteuert wird, um das Abgasrückführventil in verschiedene Offenstellungen zu bringen.
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