DE102011079742B4 - Regeleinrichtung, insbesondere zur Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an den Drosselklappenlagern zur Schwenklagerung der Drosselklappenwelle einer Regeleinrichtung zur Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen anwendbar.
- Hintergrund der Erfindung
- Die Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen ist gegenwärtig Bestandteil vieler Motorenkonzepte zur Erfüllung der vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte vor allem in Europa. Sie dient der Minderung von Stickstoffoxiden bei der Verbrennung von Kraftstoffen in Otto- und Dieselmotoren, indem ein Teil der Verbrennungsabgase gezielt zurück in den Brennraum der Brennkraftmaschine geführt werden. Derzeit wird zwischen zwei Methoden der Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen unterschieden, nämlich zum einen einer internen Abgasrückführung durch Überschneidungen bei den Ventilöffnungszeiten mittels Nockenwellenverstellung oder variabler Ventiltriebe und zum anderen einer externen Abgasrückführung mittels einer Rückführungsleitung zwischen Abgas- und Ansaugtrakt und einer in der Rückführungsleitung angeordneten Regeleinrichtung zur Steuerung der Durchsatzrate.
- Eine solche Regeleinrichtung zur externen Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 053 716 A1 bekannt und besteht im Wesentlichen aus einem Drosselklappengehäuse mit einem Gaskanal sowie einer den Gasdurchlass durch den Gaskanal regelnden Drosselklappe, die mit einer quer durch den Gaskanal verlaufenden und durch eine Stelleinrichtung um maximal 90° verschwenkbaren Drosselklappenwelle verbunden ist. Die Drosselklappenwelle ist dabei beidseitig des Gaskanals in zwei in hohlzylindrischen Lageraufnahmen im Drosselklappengehäuse angeordneten Drosselklappenlagern gelagert, die als Nadelhülsen mit zwischen deren Innenmantelfläche und der Drosselklappenwelle abrollenden Lagernadeln ausgebildet und durch mehrere Dichtungen gegen das Durchströmen von Abgaskondensaten abgedichtet sind. - Es hat sich unter dauerhaften Betriebsbedingungen jedoch gezeigt, dass diese als Nadelhülsen ausgebildeten Drosselklappenlager solcher Regeleinrichtungen mit zunehmenden Mengen von sogenannten Blow-by-Gasen einer entsprechend erhöhten Menge an Abgaskondensaten ausgesetzt sind, die über die Gehäusebohrungen für die Drosselklappenwelle zu den Drosselklappenlagern vordringen. Diese Abgaskondensate haben eine ölig-wässrige bis wässrigsaure Zusammensetzung, so dass die in der Regel aus einem gehärteten Wälzlagerstahl mit geringen Legierungs- und Kohlenstoffanteilen bestehenden Nadelhülsen zunächst verstärkten Angriffen von äußerer Korrosion unterliegen, die sich trotz der Mehrfachabdichtung der Nadelhülsen auch bis in deren Inneres fortsetzt. Dabei bildet das Kondensat zunächst an den äußeren Borden der Nadelhülsen eine Rostschicht, die sich über deren herstellungsbedingte Schnittkanten bis ins Innere der Nadelhülsen ausbreitet und bis zu den Dichtungen der Nadelhülsen fortschreitet. Mit weiterem Fortschreiten der Korrosion kommt es dann zu Rostunterwanderungen der Dichtungen, in deren Folge es zu Beschädigungen und zum Ausfall der Drosselklappenlager verbunden mit dem Funktionsausfall der Drosselklappe kommt.
- Eine erste Gegenmaßnahme, die Korrosion der Drosselklappenlager durch eine korrosionshemmende Zink-Eisen-Beschichtung der Nadelhülsen, wie beispielsweise durch Corrotect®, zu vermeiden, hat sich bisher als ungeeignet erwiesen, da das säurehaltige Kondensat der Abgase das Zink der Zink-Eisen-Beschichtung anlöst und somit deren den Korrosionsschutz bewirkende opferanodische Wirkung verloren geht.
- Mit einer anderen, in der WO 2009/ 103 378 A1 vorgeschlagenen Gegenmaßnahme, die Drosselklappenlager aus einem hochlegierten korrosionsbeständigen Stahlblech ohne weitere Wärme- und/oder Oberflächenbehandlung durch Tiefziehen herzustellen, ist zwar der angestrebte Erfolg erzielt worden, jedoch hat sich diese Maßnahme aufgrund des durch einen solchen Werkstoff notwendigen erhöhten Fertigungs- und Vorrichtungsaufwandes insgesamt als unwirtschaftlich erwiesen.
- Die
DE 10 2010 047 962 A1 zeigt einen Kugellagerkäfig mit einer Mehrzahl von Kugeltaschen zur Aufnahme einer Mehrzahl von Kugeln, wobei die größte Abmessung der Kugeltaschen in Umfangsrichtung des Kugelkäfigs um 20 Prozent bis 55 Prozent grösser ist als der Durchmesser der Kugeln. - Aufgabe der Erfindung
- Ausgehend von den dargelegten Nachteilen des bekannten Standes der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine Regeleinrichtung, insbesondere zur Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen, zu konzipieren, deren Drosselklappenlager einen dauerhaften Korrosionsschutz gegen Abgaskondensate sowie gegen saure Medien gewährleisten und sich durch eine kostengünstige Herstellbarkeit auszeichnen.
- Beschreibung der Erfindung
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Regeleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass die Drosselklappenlager durch in den Lageraufnahmen mittels Presssitz befestigte zylindrische Hülsen aus einem Kunststoff oder aus einem Leicht- oder Buntmetall gebildet werden, welche in ihrer Hülsenwand zumindest zwei axial nebeneinander angeordnete Reihen mehrerer gleichmäßig beabstandet in Umfangsrichtung verlaufender Langlöcher mit gleichen Abmessungen aufweisen, in denen jeweils ein im Durchmesser größer als die Stärke der Hülsenwand ausgebildeter frei beweglicher Wälzkörper angeordnet ist und welche als Führungsbahnen für diese direkt an der jeweiligen Lageraufnahme im Drosselklappengehäuse sowie auf der Drosselklappenwelle abrollenden Wälzkörper ausgebildet sind.
- Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäß ausgebildeten Regeleinrichtung werden in den Unteransprüchen beschrieben. Danach ist es gemäß Anspruch 2 bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Regeleinrichtung vorgesehen, dass sämtliche Wälzkörper der Drosselklappenlager als Lagerkugeln gleicher Größe ausgebildet sind, die aus einem korrosionsbeständigen Material, beispielsweise aus einem rostfreien Stahl, aus einem Kunststoff, aus einem Leicht- oder Buntmetall oder aus Keramik, bestehen. Die Verwendung von Lagerkugeln als Wälzkörper hat sich dabei als am kostengünstigsten erwiesen, wobei an deren Stelle jedoch auch andere Wälzkörper, wie beispielsweise Tonnen- oder Kugelrollen, denkbar wären.
- Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 zeichnet sich die erfindungsgemäß ausgebildete Regeleinrichtung desweiteren noch dadurch aus, dass die Langlöcher in der Hülsenwand der Drosselklappenlager einen von deren Innenmantelfläche her eingeformten torbogenförmigen Profilquerschnitt aufweisen, dessen Bogenscheitel die Außenmantelfläche der Hülsenwand durchbrechend angeordnet ist. Darüber hinaus sind diese Langlöcher an der Innenmantelfläche der Hülsenwand mit einer etwa dem Durchmesser der Wälzkörper entsprechenden Breite ausgebildet, während sie an der Außenmantelfläche der Hülsenwand nur eine etwa dem halben Durchmesser der Wälzkörper entsprechende Breite aufweisen. Die spezielle Form der Langlöcher hat dabei den Hintergrund, dass die als Lagerkugeln ausgebildeten Wälzkörper zum einen von der Innenseite der Hülse her in ihr jeweiliges Langloch eingesetzt werden können und dass die Lagerkugeln zum anderen mit den seitlichen Randabschnitten ihrer Mantelflächen auf dem bogenförmigen Profilteil ihrer Langlöcher sowie mit dem in einer Ebene mit der Außenmantelfläche der Hülsenwand angeordneten Mittelabschnitten ihrer Mantelflächen in der Lageraufnahme der Drosselklappenlager abrollen können und somit ein leichtgängiges Verschwenken der Drosselklappenwelle ermöglichen.
- Eine zweckmäßige Weiterbildung der erfindungsgemäß ausgebildeten Regeleinrichtung ist es nach Anspruch 5 desweiteren, dass die zumindest zwei axial nebeneinander angeordneten Reihen der Langlöcher in der Hülsenwand gleichmäßig von den Hülsenrändern beabstandet angeordnet sind und jede Reihe der Langlöcher bevorzugt aus sechs Langlöchern besteht. Aufgrund der relativ geringen Belastung der Drosselklappenlager haben sich dabei zwei Reihen Langlöcher mit jeweils sechs Langlöchern als ausreichend erwiesen, wobei jedoch auch mehr als zwei Reihen Langlöcher und/oder weniger als sechs Langlöcher pro Reihe denkbar wären. Zur sicheren Funktionsgewährleistung der Drosselklappenlager sollte jedoch eine Mindestanzahl von drei Langlöchern pro Reihe nicht unterschritten werden.
- Schließlich wird es als vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäß ausgebildeten Regeleinrichtung durch Anspruch 6 noch vorgeschlagen, dass die Langlöcher in der Hülsenwand zumindest an der Innenmantelfläche der Hülsenwand jeweils eine einer Umfangserstreckung von mindestens 45° zuzüglich einer Durchmesserstärke der Wälzkörper entsprechende Länge aufweisen. Da die Wälzkörper bei einer Schwenkbewegung der Drosselklappenwelle von 90° lediglich einen Schwenkweg von 45° benötigen, hat sich die Ausbildung der Langlöcher mit einer solchen Länge als ausreichend erwiesen. Bei sechs Langlöchern pro Reihe weisen die Länglöcher somit je nach Größe der Wälzkörper eine Gesamtumfangserstreckung zwischen 270° und 300° auf, so dass die verbleibenden 60° des Hülsenumfangs gleichmäßig umfangsverteilt genügend breite Stege zwischen den Langlöchern ergeben, die keinen Einfluss auf die Stabilität der Drosselklappenlager haben.
- Zusammenfassend weist die erfindungsgemäß ausgebildete Regeleinrichtung somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Regeleinrichtungen den Vorteil auf, dass deren Drosselklappenlager durch die Ausbildung als zylindrische Hülsen aus einem Kunststoff oder aus einem Leicht- oder Buntmetall einen dauerhaften Korrosionsschutz gegen Abgaskondensate sowie gegen saure Medien gewährleisten. Darüber hinaus zeichnen sich solche Drosselklappenlager insbesondere in ihrer Ausführung als Kunststoffspritzteile gegenüber den bisher verwendeten Nadelhülsen auch durch eine kostengünstige Herstellbarkeit aus. Dieser Kostenvorteil kann dabei noch verstärkt werden, wenn auf den Einsatz der bisher verwendeten separaten Dichtringe zur Abdichtung der Drosselklappenlager verzichtet wird und die Dichtungen als angespritzte Teile einteilig mit der Kunststoffhülse ausgebildet werden.
- Figurenliste
- Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Regeleinrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Regeleinrichtung zur Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen; -
2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X gemäß1 ; -
3 eine räumliche Einzeldarstellung eines Querschnittes durch die in einem Drosselklappenlager gelagerte Drosselklappenwelle; -
4 eine räumliche Einzeldarstellung eines Drosselklappenlagers der erfindungsgemäß ausgebildete Regeleinrichtung. - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- Aus
1 geht eine an sich bekannte Regeleinrichtung1 zur Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen hervor, welche im Wesentlichen aus einem Drosselklappengehäuse2 mit einem Gaskanal3 sowie einer den Gasdurchlass durch den Gaskanal3 regelnden Drosselklappe4 besteht, die mit einer quer durch den Gaskanal3 verlaufenden und durch eine Stelleinrichtung5 um maximal 90° verschwenkbaren Drosselklappenwelle6 verbunden ist. Deutlich sichtbar ist die Drosselklappenwelle6 dabei beidseitig des Gaskanals3 in zwei in hohlzylindrischen Lageraufnahmen7 ,8 im Drosselklappengehäuse2 angeordneten Drosselklappenlagern9 ,10 gelagert, die durch mehrere Dichtungen11 ,12 gegen das Durchströmen von Abgaskondensaten abgedichtet sind. - Die vergrößerte Darstellung gemäß
2 sowie die räumliche Darstellung gemäß3 zeigen desweiteren, dass die Drosselklappenlager9 ,10 dieser Regeleinrichtung1 durch eine in der jeweiligen Lageraufnahme7 ,8 mittels Presssitz befestigte zylindrische Hülse13 aus einem Kunststoff gebildet werden, welche, wie in4 zu sehen ist, in ihrer Hülsenwand14 zwei axial nebeneinander angeordnete Reihen15 ,16 mehrerer gleichmäßig beabstandet in Umfangsrichtung verlaufender Langlöcher17 ,18 mit gleichen Abmessungen aufweist. Diese Langlöcher17 ,18 sind als Führungsbahnen für jeweils einen in diesen angeordneten, frei beweglichen Wälzkörper19 ,20 ausgebildet, der im Durchmesser größer als die Stärke der Hülsenwand14 ausgebildet ist und direkt an der jeweiligen Lageraufnahme7 ,8 im Drosselklappengehäuse2 sowie auf der Drosselklappenwelle6 abrollt. Sämtliche Wälzkörper19 ,20 der Drosselklappenlager9 ,10 sind dabei als herkömmliche Lagerkugeln gleicher Größe ausgebildet, die aus einem rostfreien Stahl bestehen. - Darüber hinaus ist aus den
2 ,3 und4 ersichtlich, dass die Langlöcher17 ,18 in der Hülsenwand14 der Drosselklappenlager9 ,10 einen von deren Innenmantelfläche21 her eingeformten torbogenförmigen Profilquerschnitt aufweisen, dessen Bogenscheitel die Außenmantelfläche22 der Hülsenwand14 durchbrechend angeordnet ist. Dabei sind die Langlöcher17 ,18 an der Innenmantelfläche21 der Hülsenwand14 mit einer etwa dem Durchmesser der Wälzkörper19 ,20 entsprechende Breite ausgebildet, während sie an der Außenmantelfläche22 der Hülsenwand14 nur eine etwa dem halben Durchmesser der Wälzkörper19 ,20 entsprechende Breite aufweisen. - Schließlich geht aus
4 noch hervor, dass beide Reihen15 ,16 der Langlöcher17 ,18 in der Hülsenwand14 gleichmäßig von den Hülsenrändern23 ,24 beabstandet angeordnet sind und jede Reihe15 ,16 der Langlöcher17 ,18 bevorzugt aus sechs Langlöchern17 ,18 besteht. Die Langlöcher17 ,18 weisen dabei zumindest an der Innenmantelfläche21 der Hülsenwand14 jeweils eine einer Umfangserstreckung von mindestens 45° zuzüglich einer Durchmesserstärke der Lagerkugeln entsprechende Länge auf, da die Lagerkugeln bei einer Schwenkbewegung der Drosselklappenwelle von 90° lediglich einen Schwenkweg von 45° benötigen. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Regeleinrichtung
- 2
- Drosselklappengehäuse
- 3
- Gaskanal
- 4
- Drosselklappe
- 5
- Stelleinrichtung
- 6
- Drosselklappenwelle
- 7
- Lageraufnahme für 9
- 8
- Lageraufnahme für 10
- 9
- Drosselklappenlager
- 10
- Drosselklappenlager
- 11
- Dichtung
- 12
- Dichtung
- 13
- Hülse
- 14
- Hülsenwand
- 15
- Reihe von 17
- 16
- Reihe von 18
- 17
- Langlöcher
- 18
- Langlöcher
- 19
- Wälzkörper in 17
- 20
- Wälzkörper in 18
- 21
- Innenmantelfläche von 14
- 22
- Außenmantelfläche von 14
- 23
- Hülsenrand
- 24
- Hülsenrand
Claims (7)
- Regeleinrichtung (1) zur Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen, welche Regeleinrichtung (1) im Wesentlichen aus einem Drosselklappengehäuse (2) mit einem Gaskanal (3) sowie einer den Gasdurchlass durch den Gaskanal (3) regelnden Drosselklappe (4) besteht, die mit einer quer durch den Gaskanal (3) verlaufenden und durch eine Stelleinrichtung (5) um maximal 90° verschwenkbaren Drosselklappenwelle (6) verbunden ist, wobei die Drosselklappenwelle (6) beidseitig des Gaskanals (3) in zwei in hohlzylindrischen Lageraufnahmen (7, 8) im Drosselklappengehäuse (2) angeordneten Drosselklappenlagern (9, 10) gelagert ist, die durch mehrere Dichtungen (11, 12) gegen das Durchströmen von Abgaskondensaten abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappenlager (9, 10) jeweils durch in den Lageraufnahmen (7, 8) mittels Presssitz befestigte zylindrische Hülsen (13) aus einem Kunststoff oder aus einem Leicht- oder Buntmetall gebildet werden, welche in ihrer Hülsenwand (14) zumindest zwei axial nebeneinander angeordnete Reihen (15, 16) mehrerer gleichmäßig beabstandet in Umfangsrichtung verlaufender Langlöcher (17, 18) mit gleichen Abmessungen aufweisen, in denen jeweils ein im Durchmesser größer als die Stärke der Hülsenwand (14) ausgebildeter frei beweglicher Wälzkörper (19, 20) angeordnet ist und welche als Führungsbahnen für diesen direkt an der jeweiligen Lageraufnahme (7, 8) im Drosselklappengehäuse (2) sowie auf der Drosselklappenwelle (6) abrollenden Wälzkörper (19, 20) ausgebildet sind.
- Regeleinrichtung (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wälzkörper (19, 20) der Drosselklappenlager (9, 10) als Lagerkugeln gleicher Größe ausgebildet sind, die aus einem korrosionsbeständigen Material bestehen. - Regeleinrichtung (1) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Langlöcher (17, 18) in der Hülsenwand (14) der Drosselklappenlager (9, 10) einen von deren Innenmantelfläche (21) her eingeformten torbogenförmigen Profilquerschnitt aufweisen, dessen Bogenscheitel die Außenmantelfläche (22) der Hülsenwand (14) durchbrechend angeordnet ist. - Regeleinrichtung (1) nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Langlöcher (17, 18) an der Innenmantelfläche (21) der Hülsenwand (14) eine etwa dem Durchmesser der Wälzkörper (19, 20) entsprechende Breite und an der Außenmantelfläche (22) der Hülsenwand (14) eine etwa dem halben Durchmesser der Wälzkörper (19, 20) entsprechende Breite aufweisen. - Regeleinrichtung (1) nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei axial nebeneinander angeordneten Reihen (15, 16) der Langlöcher (17, 18) in der Hülsenwand (14) gleichmäßig von den Hülsenrändern (23, 24) beabstandet angeordnet sind und jede Reihe (15, 16) der Langlöcher (17, 18) aus sechs Langlöchern (17, 18) besteht. - Regeleinrichtung (1) nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Langlöcher (17, 18) in der Hülsenwand (14) zumindest an der Innenmantelfläche (21) der Hülsenwand (14) jeweils eine einer Umfangserstreckung von mindestens 45° zuzüglich einer Durchmesserstärke der Wälzkörper (19, 20) entsprechende Länge aufweisen. - Regeleinrichtung (1) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das korrosionsbeständige Material ein rostfreier Stahl, ein Kunststoff, ein Leicht- oder Buntmetall oder Keramik ist.
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