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Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse, in dem ein Einlass, zwei nebeneinander angeordnete Durchtrittsöffnungen und zwei Auslässe ausgebildet sind oder ein Auslass, zwei nebeneinander angeordnete Durchtrittsöffnungen und zwei Einlässe ausgebildet sind, mit zwei Schließkörpern, die die jeweils zwischen Einlass und Auslass liegenden Durchtrittsöffnungen beherrschen und fest mit einem Bewegungsübertragungselement verbunden sind, mit einem Aktuator, über den beide Bewegungsübertragungselemente antreibbar sind und mit einer getrieblichen Umformeinrichtung, über die die Bewegung des Aktuators auf die Bewegungsübertragungselemente übertragbar ist.
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Derartige Abgasrückführvorrichtungen werden beispielsweise in Abgasrückführsystemen mit Abgaskühler und bei Bypassleitung benutzt, um den rückgeführten Abgasstrom in die Bypassleitung oder den Abgaskühler getrennt voneinander Regeln zu können. Solche Systeme dienen insbesondere der schnelleren Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine und führen so zu einem verminderten Schadstoffausstoß.
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So ist aus der
DE 100 25 877 C2 eine Abgasrückführvorrichtung bekannt, bei der zwei übereinander angeordnete von Ventilschließgliedern beherrschte Durchtrittsöffnungen zwei Auslässe von einem Einlass trennen. Dabei verläuft die Ventilstange des ersten Ventilschließgliedes innerhalb der rohrförmig ausgestalteten Ventilstange des zweiten Ventilschließgliedes. Über einen pneumatisch betätigten Aktuator mit zwei Evakuierungsräumen können die Ventile getrennt voneinander geregelt bewegt werden. Eine derartige Ausführung entspricht jedoch im Wesentlichen durch die zwei anzusteuernden Evakuierungsräume der Stellvorrichtung zwei Stellvorrichtungen in einem Gehäuse.
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Aus der
DE 198 12 702 A1 ist ebenfalls eine Ventilanordnung zur Steuerung eines zurückgeführten Abgasstroms bekannt, bei der zwei Ventilschließglieder beweglich auf einer Ventilstange angeordnet sind, wobei diese über eine Feder in Schließrichtung vorgespannt sind. Die Durchtrittsöffnungen dieser Anordnung liegenden vertikal übereinander. Eine Öffnung des ersten Ventils erfolgt immer erst nach einem Verschluss des zweiten Ventils, so dass eine getrennte kontinuierliche Regelung des Abgasstroms in beide Auslässe möglich ist. Je nach Anordnung der Leitungen und vorhandenem Bauraum kann es jedoch notwendig sein, die Durchtrittsöffnungen nebeneinander anzuordnen.
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Ein derartiges Ventilsystem mit nebeneinander angeordneten, von einem Ventilschließglied beherrschten Durchtrittsöffnungen ist aus der
DE 102 21 711 A1 bekannt. Über einen Elektromotor mit angetriebenem Excenter wird hierbei die rotatorische Bewegung der Motorwelle über eine getriebliche Umformeinrichtung mit mehreren Excentern in eine lineare Hubbewegung zweier Ventilglieder umgewandelt. Je nach Stellung der Excenter zueinander folgt hieraus eine synchrone oder asynchrone Betätigung der Ventile. Somit ist ein derartiges Ventilsystem jedoch nicht geeignet, einen Abgasstrom in einen Bypasskanal oder einen Abgaskühler zu regeln, da eine Bewegung des einen Ventils ohne Bewegung des anderen Ventils nicht möglich ist.
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Des Weiteren ist aus der
DE 1 771 821 U eine Ventilvorrichtung für eine Vakuumanlage bekannt, bei der drei Ventile über ein Differentialgetriebe abhängig voneinander über einen gemeinsamen Aktuator betätigt werden. Dabei soll jeweils ein erstes Ventil beim Schließen des anderen aufgrund von vorhandenen Reibungskräften in seiner geschlossenen Stellung verharren. Wird jedoch ein solches Ventil in einem Raum angeordnet, in dem Verschmutzungen auftreten, so dass ähnliche Reibungskräfte auch am zu schließenden Ventil auftreten, wird diese Ventilvorrichtung nicht mehr in der gewünschten Weise funktionieren.
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Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Abgasrückführungsrichtung mit nur einem Aktuator zu schaffen, die geeignet ist, den Abgasstrom zu einem von zwei unterschiedlichen Einlässen oder Auslässen kontinuierlich zu regeln während das jeweils andere Ventil geschlossen ist. Dabei sollen die beiden Durchtrittsöffnungen zwischen Einlass und Auslass horizontal nebeneinander angeordnet werden können. Des Weiteren sollen nicht zur Absperrung dienende Bauteile außerhalb des Abgasstroms angeordnet werden.
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Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Eine derartige getriebliche Umformeinrichtung mit Differentialgetriebe ermöglicht auf einfache Weise bei nur einem Antrieb eine wahlweise Steuerung des freien Querschnitts auch bei nebeneinander angeordnete Durchtrittsöffnungen. Das Getriebe als auch Vorspannfedern können außerhalb des Abgas führenden Bereiches angeordnet werden. Die Schließkörper sind über außerhalb des Abgas durchströmten Bereichs angeordnete Federelemente in Schließrichtung belastet, so dass auch hier Verschmutzungen vermieden werden können. So kann eine kontinuierliche Vorspannung der Schließglieder in Schließrichtung erreicht werden, wodurch auch die Funktion des Differentialgetriebes unterstützt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schließkörper als Ventilschließglieder ausgebildet und die Bewegungsübertragungselemente als Ventilstangen ausgebildet, die im Anschlussbereich an die getriebliche Umformeinrichtung Außenverzahnungen aufweisen, die mit je einem Abtriebszahnrad der getrieblichen Umformeinrichtung kämmen. Eine solche Ausführung mit Hubventilen ermöglicht eine sehr genaue Dosierung und ist einfach in der Herstellung und Montage.
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In einer hierzu alternativen Ausführungsform sind die Schließkörper als Klappen ausgebildet und die Bewegungsübertragungselemente als Wellen ausgebildet, auf deren einem Ende im Anschlussbereich an die getriebliche Umformeinrichtung jeweils ein Zahnrad angeordnet ist. Eine derartige Ausführung ist insbesondere bei größeren zu beherrschenden Durchtrittsöffnungen vorteilhaft.
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In einer zur ersten Alternative weiterführenden Ausführungsform weist die getriebliche Umformeinrichtung ein Antriebsritzel auf, welches auf einer Antriebswelle des Aktuators angeordnet ist und mit einem Antriebszahnrad am Außenkäfig des Differentialgetriebes kämmt, wobei die zwei Abtriebszahnräder auf zwei Ausgangswellen des Differentialgetriebes angeordnet sind und an radial gegenüberliegenden Seiten der beiden Ventilstangen in die Verzahnungen eingreifen. Eine derartige Ausführung benötigt lediglich einen geringen Bauraum und ist eine hohe funktionale Zuverlässigkeit auf, da die gesamten Bauteile zum Antrieb außerhalb des heißen, Abgas durchströmten Bereichs angeordnet werden können, wodurch Rußablagerungen zuverlässig vermieden werden.
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In einer bevorzugten Anwendungen ist der erste Auslass oder Einlass mit einem Bypasskanal verbunden und der zweite Auslass oder Einlass mit einem Abgaskühler verbunden. So können die unterschiedlichen Abgasströme unabhängig voneinander über nur einen Aktuator geregelt werden und somit das Temperaturmanagement zur Verminderung der Schadstoffemissionen verbessert werden.
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Es wird somit eine Abgasrückführvorrichtung zur Verfügung gestellt, mit der auch bei nebeneinander angeordneten Durchtrittsöffnungen dennoch eine kontinuierliche Regelung zweier Abgasströme mittels zweier Schließkörper über nur einen Aktuator möglich ist. Zusätzlich weist diese Vorrichtung eine hohe Lebensdauer aufgrund der geringen Belastungen durch Verschmutzung bei hohen Temperaturen auf, da die zur Bewegung notwendigen Bauteile außerhalb des Abgasstroms angeordnet werden können.
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Eine erfindungsgemäße Ausführung einer Abgasrückführvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt eine skizzierte dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung mit aufgeschnitten Gehäuse.
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2 zeigt eine Seitenansicht der Abgasrückführvorrichtung aus 1 in geschnittener Darstellung.
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3 zeigt eine Seitenansicht eines einfach aufgebauten Differenzialgetriebes, wie es in einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung verwendet werden könnte.
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Die in den 1 und 2 dargestellte Abgasrückführvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, in dem ein Einlass 2 sowie zwei Auslässe 3, 4 ausgebildet sind. Über den Einlass 2 gelangt Abgas aus einer nicht dargestellten Abgasrückführleitung in das Gehäuse 1, in dem zwei Durchtrittsöffnungen 5, 6 horizontal nebeneinander angeordnet sind, über die das Abgas vom Einlass 2 zu den Auslässen 3, 4 strömen kann. Dabei ist der erste Auslass 3 beispielsweise mit einer Leitung verbunden, die zu einem Abgaskühler führt, während der Auslass 4 mit einem Bypasskanal verbunden ist.
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Die Durchtrittsöffnungen 5, 6 sind von am Gehäuse 1 ausgebildeten Ventilsitzen 7, 8 umgeben, die mit Schließkörpern zusammenwirken, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ventilschließglieder 9, 10 ausgebildet sind. Dabei beherrscht das Ventilschließglied 9 die Durchtrittsöffnung 5, um eine fluidische Verbindung des Einlasses 2 mit dem Abgaskühler unterbrechen zu können, während das Ventilschließglied 10 die Durchtrittsöffnung 6 zum Bypasskanal beherrscht.
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Die Ventilschließglieder 9, 10 sind fest auf einem ersten Ende von Bewegungsübertragungselementen in Form von Ventilstangen 11, 12 angeordnet, die durch das Gehäuse 1 in einen Getrieberaum 13 ragen. Die Ventilstangen 11, 12 weisen an ihrem entgegengesetzten zweiten Ende jeweils eine Außenverzahnung 14, 15 auf, in welche jeweils ein Abtriebszahnrad 16, 17 einer getrieblichen Umformeinrichtung 18 greift. Die Außenverzahnung 14 der Ventilstange 11 ist im eingebauten Zustand radial gegenüberliegend zur Außenverzahnung 15 der Ventilstange 12 ausgebildet, so dass für den Betrachter der 2 die Außenverzahnung 14 auf der Frontseite der Ventilstange 11 ausgebildet ist, während die Außenverzahnung 15 auf der Rückseite der Ventilstange 12 ausgebildet ist. Dementsprechend sind auch die Abtriebszahnräder 16, 17 angeordnet, welche zumindest drehfest jeweils auf einer Ausgangswelle 19, 20 eines Differenzialgetriebes 21 angeordnet sind.
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Der Antrieb des Differenzialgetriebes 21 erfolgt über einen Aktuator 22, auf dessen Antriebswelle 23 ein Antriebsritzel 24 zumindest drehfest angeordnet ist, welches mit einem Antriebszahnrad 25 kämmt, das fest mit einem Außenkäfig 26 des Differenzialgetriebes 21 verbunden ist.
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In der 2 ist zusätzlich zu erkennen, dass an den Ventilstangen 11, 12 jeweils eine umlaufende Nut 27, 28 ausgebildet ist, über die jeweils ein Federteller 29, 30 an der Ventilstange 11, 12 befestigt ist. Zwischen dem Federteller 29, 30 und dem Gehäuse 1 ist jeweils einen Federelement 31, 32 in Form einer Schraubenfeder eingespannt, welche auf diese Weise die Ventilschließglieder 9, 10 in Schließrichtung belastet.
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Zusätzlich weist das Gehäuse 1 zur Durchführung der Ventilstangen 11, 12 zwei Durchgangsbohrungen 33, 34 auf, in denen jeweils eine Lagereinheit 35, 36 zur verschieblich gelagerten Aufnahme der Ventilstangen 11, 12 angeordnet ist.
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In der 3 ist beispielhaft ein Differenzialgetriebe dargestellt, wie es erfindungsgemäß für eine Abgasrückführvorrichtung, wie in den 1 und 2 dargestellt, benutzt werden könnte. Hierbei ist das Antriebszahnrad 25 wie vorbeschrieben fest auf einem Außenkäfig 26 angeordnet, auf dessen Umfang zwei Bohrungen 37, 38 ausgebildet sind, in denen zwei ins Innere des Außenkäfigs ragende Bolzen 39, 40 befestigt sind, auf denen jeweils ein Kegelrad 41, 42 drehbeweglich angeordnet ist. An seinen axialen Enden weist der Außenkäfig 26 ebenfalls zwei Durchgangsbohrungen 43, 44 auf, durch die die Ausgangswellen 19, 20 ins Innere des Außenkäfigs 26 ragen, wobei auf den in das Innere des Außenkäfigs 26 ragenden Enden der Ausgangswellen 19, 20 ebenfalls Kegelräder 45, 46 befestigt sind, die mit den Kegelrädern 41, 42 in Eingriff sind.
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Bei einer Drehung des Antriebszahnrades 25 und somit des Außenkäfigs 26 wird diese Bewegung über die Kegelräder 41, 42 auf die Kegelräder 45, 46 und somit auf die Ausgangswellen 19, 20 übertragen, so dass diese sich in gleichem Drehsinn wie das Antriebszahnrad 25 und gleich schnell wie dieses drehen. Wird jedoch eine der Ausgangswellen 19, 20 festgehalten, so bewirkt eine Drehung des Antriebszahnrades 25 dass sich die andere der beiden Ausgangswellen 20, 19 in gleichem Drehsinn jedoch mit doppelter Drehzahl wie das Antriebszahnrad 25 dreht.
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Übertragen auf die Verwendung eines derartigen Differenzialgetriebes 21 auf eine Abgasrückführvorrichtung, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, bedeutet dies, dass jeweils nach dem Aufliegen des ersten Ventilschließgliedes 9 auf dem zugehörigen Ventilsitz 7 das zweite Ventilschließglied 10 in seine geöffnete Stellung verschoben wird.
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Bei der folgenden Beschreibung wird als Ausgangspunkt gewählt, dass das erste Ventilschließglied 9 auf den Ventilsitz 7 auffliegt, während sich das zweite Ventilschließglied 10 in der geöffneten Stellung befindet.
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Wird hiervon ausgehend der Aktuator 22 in die entgegengesetzte Richtung gedreht, wird entsprechend auch der Außenkäfig 26 des Differenzialgetriebes 21 gedreht. Ohne von außen auftretende Kräfte hätte dies zur Folge, dass sich beide Ausgangswellen 19, 20 in gleicher Richtung drehen, wodurch sich aufgrund der entgegengesetzten Anordnung der Abtriebszahnräder 16, 17 an den unterschiedlichsten radialen Seiten der Ventilstangen 11, 12, das Ventilschließglied 10 in Schließrichtung und das Ventilschließglied 9 in Öffnungsrichtung bewegen würden. Durch das Federelement 31 wirkt jedoch eine Schließkraft auf das Ventilschließglied 9, so dass dieses in der die Durchtrittsöffnung 5 verschließenden Stellung verharrt während das Ventilschließglied 10 mit doppelter Geschwindigkeit in die die Durchtrittsöffnung 6 verschließende Stellung gezogen wird bis das Ventilschließglied 10 am Ventilsitz 8 anliegt. Durch dieses Anliegen am Ventilsitz 8 wird die zweite Ausgangswelle 20 festgehalten, wodurch das Differenzialgetriebe 21 sein Drehmoment über die Ausgangswelle 19 unter Überwindung der Federkraft des Federelementes 29 auf die Ventilstange 11 überträgt, so dass diese sich vom Ventilsitz 7 löst uns die erste Durchtrittsöffnung 5 freigibt. Nach dem vollständigen Öffnen der Durchtrittsöffnung 5 muss der Aktuator in entgegengesetzter Richtung die Antriebswelle 23 drehen, um das Ventilschließglied 9 wieder in seine die Durchtrittsöffnung 5 verschließende Stellung zu bewegen. Der beschriebene Vorgang erfolgt nun in umgekehrter Richtung.
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Durch diese Anordnung ist es somit möglich jeweils eines der Ventilschließglieder 9, 10 in eine Stellung zu bewegen, die einem gewünschten Volumenstrom zu dem entsprechenden Auslass 3, 4 entspricht.
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Entsprechend wird auf einfache Weise eine kontinuierliche Regelung des Durchflussquerschnitts nebeneinander liegender Durchtrittsöffnungen 5, 6 zur Regelung eines Abgasstroms zu zwei verschiedenen Auslässen 3, 4 ermöglicht.
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Bei einer Verwendung in einem AGR-Kühler-Bypass-Kreislauf kann somit bei Kaltstart des Verbrennungsmotors zur schnelleren Aufheizung zunächst der Bypass geöffnet werden und anschließend der Abgasstrom in seiner Menge geregelt gekühlt werden. Dabei ist die gesamte betriebliche Umformeinrichtung 18 einschließlich der Federelemente 31, 32 außerhalb des heißen Abgasstroms zur Verhinderung von Rußablagerungen an sich bewegenden Bauteilen angeordnet.
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Es sollte deutlich sein, dass verschiedene konstruktive Änderungen innerhalb des Schutzbereiches des Hauptanspruches möglich sind. So können die Schließkörper beispielsweise als Klappen ausgebildet werden, die über zwei Wellen drehbar angeordnet sind, auf denen sich jeweils drehfest ein Zahnrad befindet, das wiederum mit je einem der Abtriebszahnräder des Differenzialgetriebes kämmen. Selbstverständlich ist auch die Ausführung des Differenzialgetriebes in zur 3 unterschiedlicher Art und Weise möglich. Auch ein Einsatz in einem anderen Bereich als in einem AGR-Kühlerkreislauf ist möglich.
