WO2015028207A1 - Mischventil einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Daniel Muresan
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    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves

Definitions

  • the invention relates to a mixing valve of a Brennkraftma ⁇ machine of a motor vehicle having disposed in an intake valve and an attached arrange ⁇ th in an exhaust duct cover to the retaining with pivoted, the flap shafts, wherein the intake duct and the exhaust duct overall in a common collecting channel open, and with a drive means of the flaps, wherein the drive means comprises a single servo motor and a transmission for controlling the two flaps.
  • Such mixing valves are often used in exhaust gas recirculation systems of internal combustion engines of modern motor vehicles and are known from practice.
  • the movements of the flaps of the intake passage and the exhaust passage are controlled in such a way that the flap arranged in the exhaust passage opens linearly starting from the first position with a drive signal of the drive device .
  • the flap arranged in the intake passage initially remains in the first position and is only moved when the drive device is driven by an intended setting range.
  • the flaps should therefore be controlled independently of each other.
  • adjusting levers and backlashes are provided in the gearbox, which decouple the flaps from the drive device in the intended positioning areas.
  • the invention is based on the problem, so to form a mixing valve of the type mentioned that it is very simple and allows decoupling the drive of the flaps.
  • This problem is inventively achieved in that the transmission has a differential gear, and that the Dif ⁇ ferentialgetriebe between the two shafts is arranged.
  • the shaft is driven, which opposes the drive the least resistance.
  • the flaps are according to the invention simply decoupled by the fact that the one flap is held with a slightly larger force in its off ⁇ initial position or rests against a stop.
  • the number of movable components is kept particularly low .
  • the number of hardware and software components of the mixing valve can be kept particularly ge ⁇ ring thanks to the invention.
  • the mixing valve is therefore particularly easy to ⁇ built.
  • Known differential gear also make very compact, so that the mixing valve has particularly small dimensions.
  • the drive device generates an active closing movement of the flap arranged in the intake duct when the flap arranged in the intake duct is biased into an open position against a stop.
  • the position of the valve disposed in the intake passage flap is detected by a contactless sensor.
  • the mixing valve To simplify the construction of the mixing valve, it contributes according to another advantageous embodiment of the invention, when the arranged in the exhaust duct flap is biased in the closed position against a stop.
  • the transition of the drive arranged in the exhaust duct flap to the valve disposed in the intake flap is particularly simple according to another advantageous embodiment of the invention, when the arranged in the exhaust duct flap has a second stop in the open position.
  • a specific control of the flap can easily be reached according to another advantageous development of the invention, when a which is arranged in the intake flap upstream exciting spring element has a greater spring stiffness ⁇ as a which is arranged in the exhaust passage flap Vorspan ⁇ nendes spring element.
  • This configuration which is arranged in From ⁇ gas channel flap is first fully opened. Only then the flap arranged in the intake passage is actuated. The valve disposed in the exhaust flap completely remains in its open position.
  • the ratio of the maximum flows in the mixing valve can be easily adjusted according to another advantageous development of the invention, if the exhaust gas duct has a greater flow resistance than the intake duct.
  • Fig. 1 shows schematically an internal combustion engine with a
  • Fig. 2 shows the structure of the mixing valve in a schematic
  • Fig. 3 is a diagram of the pivoting movements of the flaps in
  • Dependence on setting angle of a Antriebseinrich device. 1 shows schematically an internal combustion engine 1 with an intake pipe 2 and an exhaust pipe 3.
  • the intake pipe 2 has an intake passage 3, is sucked on the air from the environment ⁇ .
  • the mixing valve 6 performs gas flows from the intake passage 4 and from the Ab ⁇ gas channel 5 to a common gas flow in a collecting channel 7 together.
  • the gas flows in the mixing valve 6 can be controlled by a drive device 8 with a single electric servomotor 9.
  • the internal combustion engine 1 has a turbocharger 10, which compresses a gas stream in the collecting channel 7 and the internal combustion engine 1 feeds. To the club ⁇ fold increase the drawing further components of the internal combustion machine 1 and of the turbocharger 10, such as sensors, more Venti- le and intercooler are not shown.
  • FIG. 2 schematically shows the mixing valve 6 with the drive device 8 from FIG. 1.
  • the mixing valve 6 has respective pivotable shafts 11, 12 in the intake duct 4 and in the exhaust duct 5 with flaps 13, 14 arranged thereon for controlling the cross sections of the
  • the drive means 8 has a gear 15 with a differential gear 16.
  • the single actuator 9 drives the gear 15, which in turn drives the differential gear 16.
  • the shafts 11, 12 and thus the flaps 13, 14 are driven.
  • the flaps 13, 14 are also each biased by spring elements 17, 18 in a basic position. In the basic positions, the flaps 13, 14 abut against schematically represented stops 19, 20.
  • the shafts 11, 12 are mounted in a housing, not shown, of the mixing valve 6.
  • the housing also accommodates the servo motor 9 and the gear 15 with the Differentialge ⁇ gear 16.
  • the differential gear 16 has a directly driven by the gear 15 Ge ⁇ cage 22 in which a planet wheel 23 is ge ⁇ superimposed.
  • the planetary gear 23 is connected to two drive wheels 24, 25 engaged.
  • the drive wheels 24, 25 are rotatably connected to the shafts 11, 12.
  • the spring element 17 of the arranged in the intake passage 4 flap 13 has a greater spring stiffness than the spring element 18 of the arranged in the exhaust passage 5 flap 14.
  • Damper 14 is held on the second stop 21 and the arranged in the intake passage 4 flap 13 adjusted.
  • the movements of the flaps 13, 14 of a Darge ⁇ represents between a Grundstel- lung and opposite this are rotated by 90 ° position through a setting angle of 0 ° to 180 ° in Fig. 3
  • the movement of the flap 14 arranged in the exhaust gas duct 5 and with al3 the movement of the flap 13 arranged in the intake duct 4 are indicated by al4.

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Abstract

Ein Mischventil (6) einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeuges hat einen einzigen Stellmotor (9) und ein Differentialgetriebe (16). Über das Differentialgetriebe (16) werden eine in einem Ansaugkanal (4) angeordnete Klappe (13) und eine in einem Abgaskanal (5) angeordnete Klappe (14) angetrieben. Federelemente (17, 18) spannen die Klappen (13, 14) in eine Grundstellung gegen Anschläge (19, 20) vor und legen fest, welche der Klappen (13, 14) in welchem Stellbereich des Stellmotors (9) angetrieben wird.

Description

Beschreibung
Mischventil einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Mischventil einer Brennkraftma¬ schine eines Kraftfahrzeuges mit einer in einem Ansaugkanal angeordneten Klappe und einer in einem Abgaskanal angeordne¬ ten Klappe, mit drehbar gelagerten, die Klappen halternden Wellen, wobei der Ansaugkanal und der Abgaskanal in einen ge- meinsamen Sammelkanal münden, und mit einer Antriebseinrichtung der Klappen, wobei die Antriebseinrichtung einen einzigen Stellmotor und ein Getriebe zur Ansteuerung der beiden Klappen aufweist. Solche Mischventile werden bei Abgasrückführungssystemen von Brennkraftmaschinen heutiger Kraftfahrzeuge häufig eingesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Die Bewegungen der Klappen des Ansaugkanals und des Abgaskanals sind derart gesteuert, dass die im Abgaskanal angeordnete Klappe ausgehend von der ersten Stellung linear mit einem Ansteuersignal der Antriebs¬ einrichtung öffnet. Die im Ansaugkanal angeordnete Klappe verharrt jedoch zunächst in der ersten Stellung und wird erst bewegt, wenn die Antriebseinrichtung um einen vorgesehenen Stellbereich angetrieben ist.
Die Klappen sollen daher unabhängig voneinander angesteuert werden. Bei dem aus der Praxis bekannten Mischventil sind Stellhebel und Totgänge im Getriebe vorgesehen, welche die Klappen in vorgesehenen Stellbereichen von der Antriebsein- richtung entkoppeln. Dies führt jedoch zu einen hohen baulichen Aufwand des Getriebes.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Mischventil der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass es besonders einfach aufgebaut ist und eine Entkoppelung des Antriebs der Klappen ermöglicht. Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Getriebe ein Differentialgetriebe aufweist, und dass das Dif¬ ferentialgetriebe zwischen den beiden Wellen angeordnet ist. Durch diese Gestaltung wird jeweils die Welle angetrieben, die dem Antrieb den geringsten Widerstand entgegensetzt. Die Klappen sind erfindungsgemäß einfach dadurch entkoppelt, dass die eine Klappe mit einer etwas größeren Kraft in ihrer Aus¬ gangslage gehalten ist oder an einem Anschlag anliegt. Hier- durch wird die Anzahl der beweglichen Bauteile besonders ge¬ ring gehalten. Die Anzahl an Hardware und Softwarekomponenten des Mischventils lässt sich dank der Erfindung besonders ge¬ ring halten. Das Mischventil ist daher besonders einfach auf¬ gebaut. Bekannte Differentialgetriebe gestalten sich zudem besonders kompakt, so dass das Mischventil besonders kleine Abmessungen aufweist.
Die Entkoppelung der Bewegungen der Klappen gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn zumindest eine der Wellen mittels eines Federelementes in eine Grundstellung vorge¬ spannt ist.
Die Antriebseinrichtung erzeugt gemäß einer anderen vorteil- haften Weiterbildung der Erfindung eine aktive Schließbewegung der im Ansaugkanal angeordneten Klappe, wenn die in dem Ansaugkanal angeordnete Klappe in eine geöffnete Stellung ge¬ gen einen Anschlag vorgespannt ist. Vorzugsweise wird die Stellung der im Ansaugkanal angeordneten Klappe durch einen kontaktlosen Sensor erfasst.
Zur Vereinfachung des Aufbaus des Mischventils trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die in dem Abgaskanal angeordnete Klappe in die ge- schlossene Stellung gegen einen Anschlag vorgespannt ist. Die Überleitung des Antriebs der im Abgaskanal angeordneten Klappe zu der im Ansaugkanal angeordneten Klappe gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders einfach, wenn die im Abgaskanal angeordnete Klappe einen zweiten Anschlag in der geöffneten Stellung hat.
Eine gezielte Steuerung der Klappen lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erreichen, wenn ein die im Ansaugkanal angeordnete Klappe vor- spannendes Federelement eine größere Federsteifigkeit auf¬ weist als ein die im Abgaskanal angeordnete Klappe vorspan¬ nendes Federelement. Durch diese Gestaltung wird die im Ab¬ gaskanal angeordnete Klappe zunächst vollständig geöffnet. Erst anschließend wird die im Ansaugkanal angeordnete Klappe betätigt. Die im Abgaskanal angeordnete Klappe verbleibt vollständig in ihrer geöffneten Stellung.
Das Verhältnis der maximalen Strömungen im Mischventil lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er- findung einfach einstellen, wenn der Abgaskanal einen größeren Strömungswiderstand aufweist als der Ansaugkanal.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in:
Fig. 1 schematisch eine Brennkraftmaschine mit einem
Mischventil ,
Fig. 2 der Aufbau des Mischventils in einer schematischen
Darstellung,
Fig. 3 ein Diagramm der Schwenkbewegungen der Klappen in
Abhängigkeit von Stellwinkel einer Antriebseinrich tung . Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Ansaugleitung 2 und einer Abgasleitung 3. Die Ansaugleitung 2 hat einen Ansaugkanal 3, über den Luft aus der Umgebung ange¬ saugt wird. Von der Abgasleitung 3 führt ein Abgaskanal 5 über ein Mischventil 6 in die Ansaugleitung 2. Das Mischventil 6 führt Gasströme aus dem Ansaugkanal 4 und aus dem Ab¬ gaskanal 5 zu einem gemeinsamen Gasstrom in einem Sammelkanal 7 zusammen. Die Gasströme im Mischventil 6 lassen sich von einer Antriebseinrichtung 8 mit einem einzigen elektrischen Stellmotor 9 regeln. Weiterhin hat die Brennkraftmaschine 1 einen Turbolader 10, welcher einen Gasstrom im Sammelkanal 7 verdichtet und der Brennkraftmaschine 1 zuführt. Zur Verein¬ fachung der Zeichnung sind weitere Bauteile der Brennkraftma¬ schine 1 und des Turboladers 10, wie Sensoren, weitere Venti- le und Ladeluftkühler nicht dargestellt.
Figur 2 zeigt schematisch das Mischventil 6 mit der Antriebs¬ einrichtung 8 aus Figur 1. Das Mischventil 6 hat in dem Ansaugkanal 4 und in dem Abgaskanal 5 jeweils schwenkbare Wel- len 11, 12 mit darauf angeordneten Klappen 13, 14 zur Steuerung der Querschnitte des Ansaugkanals 4 und des Abgaskanals 5. Die Antriebseinrichtung 8 hat ein Getriebe 15 mit einem Differentialgetriebe 16. Der einzige Stellmotor 9 treibt das Getriebe 15 an, welches wiederum das Differentialgetriebe 16 antreibt. Über das Differentialgetriebe 16 werden die Wellen 11, 12 und damit die Klappen 13, 14 angetrieben. Die Klappen 13, 14 sind zudem jeweils von Federelementen 17, 18 in eine Grundstellung vorgespannt. In den Grundstellungen liegen die Klappen 13, 14 an schematisch dargestellten Anschlägen 19, 20 an. Die Wellen 11, 12 sind in einem nicht dargestellten Gehäuse des Mischventils 6 gelagert. Das Gehäuse nimmt zudem den Stellmotor 9 und das Getriebe 15 mit dem Differentialge¬ triebe 16 auf. Das Differentialgetriebe 16 hat einen unmittelbar von dem Ge¬ triebe 15 angetriebenen Käfig 22, in dem ein Umlaufrad 23 ge¬ lagert ist. Das Umlaufrad 23 steht mit zwei Antriebsrädern 24, 25 in Eingriff. Die Antriebsräder 24, 25 sind drehfest mit den Wellen 11, 12 verbunden.
Das Federelement 17 der im Ansaugkanal 4 angeordneten Klappe 13 hat eine größere Federsteifigkeit als das Federelement 18 der im Abgaskanal 5 angeordneten Klappe 14. Damit wird bei einem beginnenden Betrieb des Stellmotors 9 zunächst die im Abgaskanal 5 angeordnete Klappe 14 angesteuert, bis sie gegen einen zweiten Anschlag 21 gelangt. Beim weiteren Betrieb der Antriebseinrichtung 8 wird die im Abgaskanal 5 angeordnete
Klappe 14 an dem zweiten Anschlag 21 gehalten und die im Ansaugkanal 4 angeordnete Klappe 13 verstellt.
Die Bewegungen der Klappen 13, 14 zwischen einer Grundstel- lung und einer gegenüber dieser um 90° verdrehten Stellung über einen Stellwinkel von 0° bis 180° sind in Figur 3 darge¬ stellt. Hierbei ist mit al4 die Bewegung der im Abgaskanal 5 angeordneten Klappe 14 und mit al3 die Bewegung der im Ansaugkanal 4 angeordneten Klappe 13 gekennzeichnet.

Claims

Mischventil (6) einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeuges mit einer in einem Ansaugkanal (4) ange¬ ordneten Klappe (13) und einer in einem Abgaskanal (5) angeordneten Klappe (14), mit drehbar gelagerten, die Klappen (13, 14) halternden Wellen (11, 12), wobei der Ansaugkanal (4) und der Abgaskanal (5) in einen gemein¬ samen Sammelkanal (7) münden, und mit einer Antriebseinrichtung (8) der Klappen (13, 14), wobei die Antriebs¬ einrichtung (8) einen einzigen Stellmotor (9) und ein Getriebe (15) zur Ansteuerung der beiden Klappen (13, 14) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Getriebe (15) ein Differentialgetriebe (16) aufweist und dass das Differentialgetriebe (16) zwischen den beiden Wellen (11, 12) angeordnet ist.
Mischventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest eine der Wellen mittels eines Federelementes in eine Grundstellung vor¬ gespannt ist.
Mischventil nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die in dem Ansaugkanal an¬ geordnete Klappe in eine geöffnete Stellung gegen einen Anschlag vorgespannt ist.
Mischventil nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die in dem Abgaskanal angeordnete Klappe in die geschlossene Stellung gegen einen Anschlag vorgespannt ist.
Mischventil nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die im Abgaskanal angeord¬ nete Klappe einen zweiten Anschlag in der geöffneten Stellung hat.
6. Mischventil nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein die im Ansaugkanal an¬ geordnete Klappe vorspannendes Federelement eine größere Federsteifigkeit aufweist als ein die im Abgaskanal an¬ geordnete Klappe vorspannendes Federelement.
7. Mischventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abgas¬ kanal einen größeren Strömungswiderstand aufweist als der Ansaugkanal.
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