DE19733964A1 - Ventilanordnung zur Steuerung eines rückgeführten Abgasstromes - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Steuerung eines extern rückgeführten Ab
gasstromes an einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Gattungsgemäße Ventilanordnungen sind bekannt beispielsweise aus WO 96/30635 und
US 5.205.265 A.
Aus WO 96/30635 sind mehrere schematische Anordnungen einer Brennkraftmaschine mit
einer Abgasanlage und einem Abgaskühler bekannt, wobei aus dem Abgasstrang eine Ab
gasrückführleitung abzweigt, welche ihrerseits eine Y-förmige Verzweigung aufweist. In ei
nem Zweig dieser Verzweigung ist ein Abgaskühler eingesetzt, während der andere Zweig
einen Bypass für diesen Abgaskühler darstellt. Strom ab des Abgaskühlers werden diese
beiden verzweigten Wege erneut zusammengeführt, um entsprechend gekühltes oder un
gekühltes, rückgeführtes Abgas in eine Luftansaugleitung der Brennkraftmaschine einzulei
ten. Diese Zusammenführung weist entweder ein oder zwei von einer elektronischen Kon
trolleinrichtung beherrschte, nur schematisch gezeigte Ventile auf.
Die US 5.205.265 zeigt eine vergleichbare Anordnung mit einem Abzweig stromab eines
Katalysators in einer Abgasanlage, wobei zunächst ein erstes Ventil den über diesen Ab
zweig rückgeführten Abgasstrom entweder über einen EGR-Kühler und anschließend über
einen Abgasfilter leitet oder einen Bypass zu diesem EGR-Kühler schaltet.
Des weiteren ist aus der gattungsfremden Deutschen Patentschrift DE-6 21 945 ein Leer
laufmengenregler für eine Brennkraftmaschine derart bekannt, daß in eine Gemisch zufüh
rende Leitung zwei sich gegenüberliegende Ventilsitze eingearbeitet sind, auf welchen
Ventilteller aufliegen. Diese beiden Ventilteller sind auf einer gemeinsamen Stange ange
ordnet. Bei geschlossener Drosselklappe und daher in der Gemischleitung herrschendem
Unterdruck wirkt der atmosphärische Umgebungsdruck auf einen der Ventilteller im Öff
nungssinne und öffnet diesen gegen eine dem anderen Ventilteller zugeordnete Feder um
eine den Leerlauf sicherstellende Frischluftzufuhr zu gewährleisten. In dieser Anordnung
sind beide Ventilteller fest auf der Verbindungsstange angeordnet und die Öffnungsbewe
gung beider Ventilteller erfolgt immer gemeinsam durch eine auf einen der Ventilteller wir
kende Druckdifferenz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ventilanordnung bereit
zustellen, welche es in konstruktiv einfacher Ausführung ermöglicht, einen extern rückge
führten Abgasstrom wahlweise über einen Abgaskühler oder über eine diesen umgehende
Leitung zu führen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ventilanordnung zwei Ventilsitze aufweist, denen
jeweils ein Verschlußglied, vorzugsweise als kreisrunder Ventilteller ausgebildet, zugeordnet
ist, wobei beide Verschlußglieder auf einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus ange
ordnet sind, welcher seinerseits von einem Stellorgan betätigbar ist. Zumindest eines der
Verschlußglieder ist elastisch vorgespannt und beweglich auf dem Betätigungs
mechanismus angeordnet.
Vorteilhafterweise ist durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung ein Doppelsitzventil
bereitgestellt, welches von einem gemeinsamen Stellorgan betätigbar entweder den ge
kühlten oder den ungekühlten, rückgeführten Abgasstrom freigeben kann. Die bewegliche
Anordnung von einem der Verschlußglieder, vorzugsweise gleitverschieblich, gewährleistet,
daß bei Betätigung in einer Richtung ein Verschlußglied fest auf seinem Ventilsitz anliegt,
während das andere Verschlußglied öffnet, während in der anderen Betätigungsrichtung
das andere Verschlußglied fest auf seinem Ventilsitz aufliegt und das erstgenannte Ver
schlußglied öffnet.
Vorzugsweise sind die Verschlußglieder als kreisrunde Ventilteller ausgebildet auf einer
gemeinsamen Betätigungsstange eines Betätigungsmechanismus angeordnet. Diese Be
tätigungsstange kann dabei die beiden Verschlußglieder zentral durchsetzen, wobei zur
Vermeidung von exakt einzuhaltenden Toleranzen bevorzugt beide Verschlußglieder be
weglich auf der Betätigungsstange angeordnet sind.
Weiterhin wird das Stellorgan bevorzugt von einem der Brennkraftmaschine zugeordneten
elektronischen Steuergerät in Abhängigkeit von mehreren Sensorsignalen angesteuert, so
daß eine emissionsarme Betriebsweise der Brennkraftmaschine sichergestellt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch entsprechende Ansteuerung
des Stellorganes zusätzlich die rückgeführte Abgasmenge geregelt.
Für eine besonders einfache bauliche Ausführung ist es bevorzugt vorgesehen, daß inner
halb eines gemeinsamen Gehäuses abströmseitig von zwei Strömungspfaden die Ventil
sitze angeordnet sind, wobei stromab dieser Ventilsitze ein gemeinsamer Ausströmpfad
vorgesehen ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprü
chen und dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbei
spiel.
Die Zeichnung zeigt an ihrem unteren Rand eine Abgasleitung i einer nicht gezeigten
Brennkraftmaschine, von welcher eine insgesamt mit 2 bezeichnete Rückführleitung zur
externen Rückführung eines Teiles des Abgasstromes in eine am oberen Bildrand zu er
kennende, Verbrennungsluft zuführende Luftleitung 3 abzweigt.
Die Rückführleitung 2 verzweigt in einer Gabelung 4 in einen einen Abgaskühler 5 aufwei
senden Leitungsabschnitt 6 und in einen parallel dazu angeordneten, als Bypass für den
Abgaskühler 5 wirkenden Leitungsabschnitt 7.
Der Abgaskühler 5 kann beispielsweise eine von Kühlwasser durchströmte Kühlschlange 8
aufweisen.
Die Leitungsabschnitte 6 und 7 sind abschnittsweise in einem die erfindungsgemäße Ven
tilanordnung aufweisenden Gehäuse 9 ausgebildet. Dieses weist einen kanalartigen Strö
mungspfad 10 für den über den Abgaskühler 5 strömenden Abgasstrom und hiervon ge
trennt einen weiteren, kanalartigen Strömungspfad 11 für den über den Bypass
(Leitungsabschnitt 7) strömenden Abgasstrom auf.
Abströmseitig münden beide Strömungspfade 10 und 11 in je einen Ventilsitz 12 und 13,
welche von als kreisrunde Ventilteller 14 und 15 ausgebildeten Verschlußgliedern 16 be
herrscht sind.
Die beiden Ventilteller 14 und 15 sind gleitverschieblich auf einer einen Teil eines Betäti
gungsmechanismus 17 bildenden Betätigungsstange 18 angeordnet. Die Betätigungsstange
18 ist in einer Führungsbuchse 19 im Gehäuse 9 gelagert. An dieser Führungsbuchse 19
greift ein stark schematisiert gezeichneter Hebelmechanismus 20 an, welcher endseitig ein
doppelseitig wirkendes Stellorgan 21 aufweist. Dieses Stellorgan 21 wird unter Zwischen
schaltung eines nicht gezeigten Wandlers von einem elektronischen Steuergerät 25 ange
steuert, welches seinerseits das Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine ist und eine
Mehrzahl von Sensorsignalen aufnimmt und noch weitere, nicht gezeigte Komponenten der
Brennkraftmaschine steuert bzw. regelt.
Soll im Betrieb der Brennkraftmaschine beispielsweise im betriebswarmen Zustand und bei
vergleichsweise hoher Last kein Abgas rückgeführt werden, so befindet sich die Ventilan
ordnung in der zeichnungsgemäßen Stellung, das heißt die Rückführleitung 2 ist durch An
lage der beiden Ventilteller 14 und 15 auf den ihnen zugeordneten Sitzen 12 und 13 ge
sperrt.
Soll beispielsweise nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zur Emissionsverringerung
Abgas rückgeführt werden, so ist eine Kühlung dieses Abgases zunächst unerwünscht und
das Stellorgan 21 verschiebt die Betätigungsstange 18 nach links, wodurch diese über ei
nen mittels eines Bundes 26 bereitgestellten Formschluß am Ventilteller 15 angreift und
diesen von seinem Ventilsitz 13 abhebt. Hierbei wird zugleich eine zwischen den beiden
Ventiltellern 14 und 15 koaxial zur Betätigungsstange 18 angeordnete Feder 27 zusam
mengedrückt, wodurch der Ventilteller 14 zusätzlich auf seinen Ventilsitz 12 gepreßt wird.
Die Abgasrückführrate ist hierbei über den Stellweg des Stellorganes 21 einstellbar, das
heißt letztendlich über die zwischen Ventilteller 15 und Ventilsitz 13 wirksame Querschnitts
fläche.
Ist aus Emissionsgründen eine Kühlung der rückgeführten Abgasmenge von Vorteil, so wird
über das Steuergerät 25 das Stellorgan 21 in eine weitere Stellung derart verschoben, daß
die Betätigungsstange 18 nach rechts verschoben wird, wodurch ein weiterer Bund 28 die
ser Betätigungsstange 18 formschlüssig am Ventilteller 14 angreift und diesen von seinem
Ventilsitz 12 abhebt, wobei zugleich über die zusammengepreßte Feder 27 der Ventilteller
15 auf seinen Ventilsitz 13 gepreßt wird.
Wird also gekühltes oder ungekühltes Abgas in die Luftleitung 3 zurückgeführt, gelangt die
ses entweder über Strömungspfad 10 oder Strömungspfad 11 in einen stromab der Ventil
teller 14 und 15 angeordneten Ausströmpfad 29 im Gehäuse 9.
Das Stellorgan 21 kann als doppelseitig wirkende Pneumatikdose oder als elektrischer
Stellmotor oder als Magnetstellwerk oder beispielsweise als doppelseitig wirkender Hydrau
likkolben oder andersartig ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise sind innenliegende Gehäusewandungen 30 und 31 im Bereich der Ven
tilsitze 12 und 13 plan ausgebildet, so daß diese in vergleichsweise einfacher Art und Weise
bereitgestellt werden können. Selbstverständlich ist in Abweichung der Zeichnungsfigur eine
andersartige Ausbildung der Ventilsitze 12 und 13 möglich, beispielsweise durch plane An
lage der Ventilteller 14 und 15 an den Gehäusewandungen 30 und 31.
1
Abgasleitung
2
Rückführleitung
3
Luftleitung
4
Gabelung
5
Abgaskühler
6
Leitungsabschnitt
7
Leitungsabschnitt
8
Kühlschlange
9
Gehäuse
10
Strömungspfad (li)
11
Strömungspfad (re)
12
Ventilsitz (li)
13
Ventilsitz (re)
14
Ventilteller (li)
15
Ventilteller (re)
16
Verschlußglied
17
Betätigungsmechanismus
18
Betätigungsstange
19
Führungsbuchse
20
Hebelmechanismus
21
Stellorgan
25
Steuergerät
26
Bund (an
18
re)
27
Feder
28
Bund
29
Ausströmpfad
30
Gehäusewandung
31
Gehäusewandung
Claims (6)
1. Ventilanordnung zur Steuerung eines extern rückgeführten Abgasstromes an einer
Brennkraftmaschine, mit einem in einer Rückführleitung (2) angeordneten Abgaskühler
(5), welcher mittels der Ventilanordnung wahlweise umgangen werden kann, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung zwei Ventilsitze (12, 13) aufweist, denen je
weils ein Verschlußglied (16) zugeordnet ist, beide Verschlußglieder (16) auf einem
gemeinsamen Betätigungsmechanismus (17) angeordnet sind, welcher von einem
Stellorgan (21) betätigbar ist und zumindest eines der Verschlußglieder (16) elastisch
vorgespannt beweglich auf dem Betätigungsmechanismus (17) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußglieder (16)
als kreisrunde Ventilteller (14, 15) ausgebildet auf einer gemeinsamen Betätigungs
stange (18) angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung
in einem gemeinsamen Gehäuse (9) angeordnet ist, welches einen Strömungspfad (10)
für den über den Abgaskühler (5) strömenden Abgasstrom und davon getrennt einen
Strömungspfad (11) für den den Abgaskühler (5) umgehenden Abgasstrom aufweist,
wobei beide Strömungspfade (10, 11) abströmseitig von den Verschlußgliedern (16)
beherrscht sind und in einen gemeinsamen Ausströmpfad (29) münden.
4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Stellorgan (21) von einem elektronischen Steuergerät (25) in
Abhängigkeit von Sensorsignalen angesteuert den Betätigungsmechanismus (17) in ei
ne von zwei zueinander entgegengesetzte Betätigungsrichtungen verschiebt.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (17) vom Stellorgan (21) in zumindest
eine die Rückführung von Abgas sperrende Stellung bewegbar ist, in welcher beide
Verschlußglieder (16) auf ihren Ventilsitzen (12, 13) aufliegen, sowie jeweils in minde
stens eine den über den Abgaskühler (5) geleiteten Abgasstrom rückführende Stellung
oder eine den Abgaskühler (5) umgehende Stellung.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußglieder (16) in
beliebige, die rückgeführte Abgasmenge regelnde Stellungen bewegbar sind.
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