DE102011079742B4

DE102011079742B4 - Regeleinrichtung, insbesondere zur Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102011079742B4
Application number: DE102011079742.4A
Authority: DE
Inventors: Alexander Zernickel; Jörg Rathmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2031-07-26
Also published as: DE102011079742A1

Abstract

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.

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 gemäß 1;
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 Regeleinrichtung 1 zur Abgasrückführung an Brennkraftmaschinen hervor, welche 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. Deutlich sichtbar ist die Drosselklappenwelle 6 dabei beidseitig des Gaskanals 3 in zwei in hohlzylindrischen Lageraufnahmen 7, 8 im Drosselklappengehäuse 2 angeordneten Drosselklappenlagern 9, 10 gelagert, die durch mehrere Dichtungen 11, 12 gegen das Durchströmen von Abgaskondensaten abgedichtet sind.
Die vergrößerte Darstellung gemäß 2 sowie die räumliche Darstellung gemäß 3 zeigen desweiteren, dass die Drosselklappenlager 9, 10 dieser Regeleinrichtung 1 durch eine in der jeweiligen Lageraufnahme 7, 8 mittels Presssitz befestigte zylindrische Hülse 13 aus einem Kunststoff gebildet werden, welche, wie in 4 zu sehen ist, in ihrer Hülsenwand 14 zwei axial nebeneinander angeordnete Reihen 15, 16 mehrerer gleichmäßig beabstandet in Umfangsrichtung verlaufender Langlöcher 17, 18 mit gleichen Abmessungen aufweist. Diese Langlöcher 17, 18 sind als Führungsbahnen für jeweils einen in diesen angeordneten, frei beweglichen Wälzkörper 19, 20 ausgebildet, der im Durchmesser größer als die Stärke der Hülsenwand 14 ausgebildet ist und direkt an der jeweiligen Lageraufnahme 7, 8 im Drosselklappengehäuse 2 sowie auf der Drosselklappenwelle 6 abrollt. Sämtliche Wälzkörper 19, 20 der Drosselklappenlager 9, 10 sind dabei als herkömmliche Lagerkugeln gleicher Größe ausgebildet, die aus einem rostfreien Stahl bestehen.
Darüber hinaus ist aus den 2, 3 und 4 ersichtlich, 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. Dabei sind die Langlöcher 17, 18 an der Innenmantelfläche 21 der Hülsenwand 14 mit einer etwa dem Durchmesser der Wälzkörper 19, 20 entsprechende Breite ausgebildet, während sie an der Außenmantelfläche 22 der Hülsenwand 14 nur eine etwa dem halben Durchmesser der Wälzkörper 19, 20 entsprechende Breite aufweisen.
Schließlich geht aus 4 noch hervor, dass beide 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 bevorzugt aus sechs Langlöchern 17, 18 besteht. Die Langlöcher 17, 18 weisen dabei zumindest an der Innenmantelfläche 21 der Hülsenwand 14 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

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.