DE19851677C1 - Abgasrückführeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit einem Tellerventil, das einen Ventilteller auf einem Ventilschaft hat und die Verbindung zwischen einem Luftansaugkanal und einem Abgasrückführkanal steuert, wobei der Ventilschaft in einem Ventilgehäuse geführt und abgedichtet ist und die Schließstellung durch einen axialen Anschlag bestimmt ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß der Ventilteller in seiner Schließstellung ein geringes radiales Spiel zu einer zugeordneten Ventilöffnung aufweist und der axiale Anschlag unabhängig von diesem Ventilteller ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführeinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Um die Verbrennung bei Brennkraftmaschinen und die Abgasquali­ tät zu verbessern, kann ein Teil des Abgases aus einem Abgaska­ nal in einen Luftansaugkanal zurückgeführt werden. Für eine wirkungsvolle Abgasrückführung ist es wichtig, daß sich das Ab­ gas gleichmäßig mit der Ansaugluft mischt und sich die zurück­ geführte Abgasmenge nicht unbeabsichtigt über die Betriebszeit und Lebensdauer der Brennkraftmaschine verändert, sondern nur in Abhängigkeit der gewählten Regelparameter zugemischt wird. Ferner sollten die heißen Abgase die Steuerorgane der Abgas­ rückführeinrichtung thermisch nicht zu hoch belasten.

Es ist ein gattungsgemäße Abgasrückführeinrichtung aus der EP 0 753 656 A1 bekannt, deren pneumatisches Stellglied derart auf einem Luftansaugkanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, daß dessen Membranstange den Luftansaugkanal quer zu des­ sen Strömungsrichtung durchragt und ein mit der Membranstange verbundenes Ventilglied, ein Tellerventil, den Strömungsquer­ schnitt des Abgasrückführkanals kontrolliert. Das vom Abgas­ strom stark aufgeheizte Ventilglied und die Membranstange wer­ den von dem vorbeiströmenden, kühleren Ansaugluftstrom gekühlt. Die im Abgasstrom enthaltenen Verunreinigungen, wie z. B. Ruß- und Rostpartikel sollen von dem Ansaugluftstrom mitgerissen werden, ohne daß sie zwischen die Membranstangenführung und den Membranstangenschaft gelangen. Dadurch soll vermieden werden, daß das Ventil klemmt. Allerdings können sich auf dem Ventil­ sitz Abgasbestandteile ablagern, die zu einer Lackbildung füh­ ren. Dadurch kann das Ventil am Ventilsitz kleben und zum Lösen sind größere Stellkräfte erforderlich. Außerdem scheidet sich an kalten Tellerventilen Kondensat aus dem Abgas ab, das zu Korrosion führen kann. Ferner können sich durch die Ablagerun­ gen im Laufe der Lebensdauer die Öffnungsquerschnitte verän­ dern, so daß eine gezielte Abgasrückführung nicht gewährleistet ist.

Aus der DE 43 38 192 C2 ist ein elektromagnetisches Steuerven­ til für eine Abgasrückführung bekannt, das als Tellerventil ausgebildet ist und zwei Ventilteller besitzt, die auf einem Ventilschaft angeordnet sind. Die Ventilteller haben eine ke­ gelförmige Umfangsfläche, mit der sie an entsprechenden Ventil­ sitzen im Ventilgehäuse in der Schließstellung anliegen. Durch die Anordnung von zwei Ventiltellern ist es möglich, selbst bei kleinen Hubbewegungen relativ große Öffnungsquerschnitte zu steuern, so daß ein großer Regelbereich für die Abgasrückfüh­ rung zur Verfügung steht. Da die Ventilteller gleichzeitig an ihren Ventilsitzen anliegen und dicht abschließen müssen, ist das System statisch überbestimmt, so daß extrem kleine Ferti­ gungstoleranzen eingehalten werden müssen, um eine sichere Re­ gelung während der gesamten Laufzeit zu gewährleisten. Hinzu­ kommt, daß die Ventilteller ungleichmäßig vom Abgas beauf­ schlagt werden, was zu unterschiedlichen Ablagerungszuständen an den Ventiltellern über der Laufzeit und zu verschiedenen Längenausdehnungen an den einzelnen Bauteilen über der Tempera­ tur führt. Dadurch stellen sich am Ventilsitz Spalte ein, die sich über der Laufzeit vergrößern und verändern. Dies kann zu unzulässigen Rauchüberhöhungen führen sowie zu Leistungs- und Drehmomentverlusten. Im Extremfall verursacht die Rauchüberhö­ hung Motor- und Fahrzeugbrände mit entsprechenden Folgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Betriebsverhalten einer Abgasrückführeinrichtung zu verbessern und über die Le­ bensdauer weitgehend konstant zu halten.

Sie wird erfindungsge­ mäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nach der Erfindung weist der Ventilteller in seiner Schließ­ stellung ein geringes radiales Spiel zu seiner zugeordneten Ventilöffnung auf. Dadurch strömt auch in der Schließstellung des Ventils ein kontrollierter Abgasstrom an dem Ventilteller vorbei. Dieser Abgasstrom erwärmt den Ventilteller schnell, so daß er schon kurz nach dem Start seine Betriebstemperatur er­ reicht und die Bildung von Kondensat in den Abgaskanälen und an den Tellerventilen vermieden wird. Ferner reinigt der Abgas­ strom die Ventilteller und bewirkt, daß sich keine Rückstände ablagern. Dadurch bleibt ein definierter Ringspalt zwischen Ventilteller und Ventilöffnung während der gesamten Betriebs­ zeit erhalten und man kann von einem konstanten Betriebsverhal­ ten ausgehen, bei dem die nur von den Regelparametern bestimm­ ten Abgasmengen der Frischluft zugeführt werden.

Da die Schließstellung des Ventiltellers nicht mehr durch die Anlage an seinem Ventilsitz bestimmt wird, ist ein von diesem Ventilteller unabhängiger axialer Anschlag vorzusehen, der die Schließstellung des Ventils bestimmt. Dieser axiale Anschlag wird zweckmäßigerweise am Ventilschaft vorgesehen und zwar auf der den Gaskanälen abgewandten Seite einer Abdichtung der Ven­ tilführung. Dadurch ist der Anschlag selbst vor Korrosion und Ablagerungen geschützt, so daß sich die Schließstellung über die Lebensdauer nicht verändert.

Zweckmäßigerweise liegt die Abdichtung der Ventilführung auf der den Gaskanälen zugewandten Seite, um zu vermeiden, daß Schmutzpartikel aus dem Abgas in die Ventilführung gelangen und das Ventil klemmt.

Da sich an dem Ventilteller keine Ablagerungen bilden, durch die der Ventilteller wie bei bekannten Ausführungen am Ventil­ sitz kleben könnte, sind die Betätigungskräfte des Tellerven­ tils sehr gering und über der Laufzeit konstant. Das Tellerven­ til ist daher besonders geeignet, mit elektromagnetischen Stel­ leinrichtungen sicher betätigt zu werden.

Die erfindungsgemäße Abgasrückführeinrichtung kann auch ein Tellerventil mit zwei Ventiltellern aufweisen, wobei beiden Ventiltellern ein geringes radiales Spiel zu den Ventilöffnun­ gen zugeordnet und ein separater axialer Anschlag am Ventil­ schaft vorgesehen ist. Bei einer Alternative kann ein Ventil­ teller in üblicher Weise ausgebildet sein, um einen axialen An­ schlag zu bilden, während das andere Tellerventil ein geringes radiales Spiel aufweist. In beiden Fällen wird eine statische Überbestimmung des Systems vermieden.

Die Ventilteller können eine zylindrische Umfangsfläche aufwei­ sen, wobei im Regelfall die Überdeckung zu den zugeordneten Ventilöffnungen gleich ist. Sollen jedoch die Öffnungszeiten und/oder die Öffnungsquerschnitte an den Ventiltellern unter­ schiedlich sein, kann dies durch unterschiedliche Überdeckungen erreicht werden, indem die axialen Erstreckungen der Ventiltel­ ler und/oder der Ventilöffnungen entsprechend variiert werden.

Das radiale Spiel des Ventiltellers zur zugeordneten Ventilöff­ nung bestimmt die Durchflußmenge von Abgas in der Schließstel­ lung. Um geringe Durchflußmengen realisieren zu können, ist ein kleines radiales Spiel erforderlich. Hierzu ist es zweckmäßig, die Ventilteller bzw. den Ventilschaft im Bereich der Ventil­ öffnungen zusätzlich zu der üblichen Ventilführung durch Füh­ rungsrippen zu führen. Diese werden zweckmäßigerweise im Ven­ tilgehäuse im Anschluß an die Ventilöffnungen vorgesehen oder am Ventilschaft im Anschluß an die Ventilteller.

Um die Strömung in der Schließstellung günstig zu beeinflussen und die Gefahr möglicher Kontaktstellen zwischen den Ventiltel­ lern und den Ventilöffnungen zu verringern, kann es zweckmäßig sein, die Umfangsflächen der Ventilteller und/oder der Venti­ löffnungen dachförmig zuzuspitzen. Dadurch wird das radiale Spiel zwischen den Ventiltellern und den Ventilöffnungen auf einen sehr kurzen axialen Bereich begrenzt, so daß vermieden wird, daß sich Schmutzpartikel in dem Ringspalt festsetzen kön­ nen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der folgen­ den Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand einer Zeich­ nung. In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahlreiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrieben. Der Fach­ mann wird die kombinierten Merkmale zweckmäßigerweise im Sinne der zu lösenden Aufgaben auch einzeln betrachten und zu sinn­ vollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt durch eine erfindungsgemä­ ße Abgasrückführeinrichtung,

Fig. 2 eine Variante zu Fig. 1 und

Fig. 3 eine weitere Variante zu Fig. 1.

Die Abgasrückführeinrichtung 1 besitzt einen Abgasrückführkanal 3 mit zwei Ventilöffnungen 9 und 10, die von Ventiltellern 7 und 8 eines Tellerventils 5 gesteuert werden. Anstelle von zwei Ventiltellern 7 und 8 kann die Abgasrückführeinrichtung auch ein Tellerventil 5 mit nur einem Ventilteller aufweisen, so daß einer der Ventilteller 7 oder 8 mit der zugehörigen Ventilöff­ nung 9 oder 10 entfällt.

Die Ventilteller 7, 8 sitzen auf einem Ventilschaft 6, der in einem Teil des Ventilgehäuses 4 durch eine Ventilführung 11 ge­ führt ist. Der Ventilschaft 6 wird durch eine nicht näher dar­ gestellte, pneumatische, hydraulische oder elektrisch wirkende Betätigungseinrichtung in Öffnungsrichtung 14 betätigt. Die Ventilöffnungen 9, 10 führen zu einem Luftansaugkanal 2, zu dem das Abgas bei geöffnetem Tellerventil 5 strömt.

Im geschlossenen Zustand, der in Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, weisen die Ventilteller 7, 8 (Fig. 1) und 33, 34 (Fig. 3) ein radiales Spiel 12, 13 zu den Ventilöffnungen 9, 10 bzw. 35, 36 auf, so daß Ringspalte gebildet werden, durch die ein definier­ ter Abgasstrom vom Abgasrückführkanal 3 zum Luftansaugkanal 2 strömen kann. Dieser geringe Abgasstrom bewirkt, daß sich das Tellerventil 5 auch in geschlossenem Zustand erwärmt. Ferner erwärmen sich die Wandungen des Abgasrückführkanals 3. Dadurch wird verhindert, daß sich an den Wandungen des Abgasrückführka­ nals 3 und an den Teilen des Tellerventils 5 Kondensat bildet, das zu Korrosion und Ablagerungen führen kann. Der Abgasstrom durch die Ringspalte bewirkt vielmehr eine Selbstreinigung der Oberflächen der Ventilteller 7, 8 und der Ventilöffnungen 9, 10.

Um ein geringes Spiel 12, 13 zu verwirklichen, bei dem sich in dem Ringspalt keine Fremdkörper festsetzen können, sind die Um­ fangsflächen 15, 16 bzw. 17, 18 der Ventilteller 7, 8 dachför­ mig zueinander angeordnet und bilden an den angrenzenden Seiten einen schmalen Rand. Die Umfangsflächen der Ventilöffnungen 9 und 10 können entsprechend ausgebildet werden, wie Fig. 1 zeigt.

Bei größerem radialen Spiel 12, 13 reicht es aus, das Teller­ ventil 5 ausschließlich in der Ventilführung 11 zu führen. Je kleiner das Radialspiel 12, 13 wird, desto mehr empfiehlt es sich, Führungsrippen 20, 21, 22 vorzusehen, durch die die Ven­ tilteller 7, 8, 31, 33, 34 im Bedarfsfall zusätzlich geführt werden. Hierbei wird das Führungsspiel im Bereich der Ventil­ teller 7, 8, 31, 33, 34 größer gewählt, als das Führungsspiel in der Ventilführung 11.

Die Führungsrippen 20, 21, 22 schließen sich an die Ventiltel­ ler 7, 8, 31, 33, 34 oder an die Ventilöffnungen 9, 10, 35, 36 an und verlaufen im wesentlichen axial zum Tellerventil 5. Sie können entweder am Ventilgehäuse 4 oder am Ventilschaft 6 vor­ gesehen sein und entweder auf der Seite des Abgasrückführkanals 3 oder auf der Seite des Luftansaugkanals 2 liegen. Die Füh­ rungsrippen 20, 21, 22 können in axialer Richtung des Teller­ ventils 5 gerade verlaufen. Es ist jedoch zweckmäßig, sie schraubenförmig geneigt zur Achsrichtung verlaufen zu lassen. Dadurch erhält die Abgasströmung an den Ventilöffnungen 9, 10, 35, 36 eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung, wodurch sich das Abgas besonders gut mit der Ansaugluft mischt.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 besitzt das Tellerventil 5 nur einen Ventilteller 8, der zur Ventilöffnung 10 ein radiales Spiel 12 aufweist. Der andere Ventilteller 31 liegt in Schließ­ stellung an einem Ventilsitz 32 an. Der Ventilsitz 32 bildet somit gleichzeitig einen axialen Anschlag des Tellerventils 5. Da dies der einzige axiale Anschlag ist, ist das System sta­ tisch nicht überbestimmt. Bei den Varianten nach Fig. 1 und Fig. 3 besitzen beide Ventilteller 7, 8 bzw. 33, 34 zu den zu­ gehörigen Ventilöffnungen 9, 10 bzw. 35, 36 radiale Spiele 12, 13. In diesen Fällen ist ein separater Anschlag am Ventilschaft 6 vorgesehen, der durch einen Bund 29 gebildet wird.

Die Ventilführung 11 und der vom Bund 29 gebildete Anschlag sind durch eine Abdichtung 27 in Form einer Balgdichtung gegen­ über den Gasen im Luftansaugkanal 2 geschützt. Die Abdichtung 27 ist in einem Dichtungsgehäuse 28 untergebracht, das mit dem Ventilgehäuse 4 verbunden ist und den Ventilschaft 6 mit einem Spiel umgibt.

Die Ausführung nach Fig. 3 zeigt Ventilteller 33, 34, die mit Ventilöffnungen 35, 36 zusammenarbeiten. Die Ventilöffnungen 35, 36 haben zylindrische Umfangsflächen 23, 24, die jeweils eine unterschiedliche Breite 25 bzw. 26 aufweisen. Dadurch wird eine unterschiedliche Überdeckung der Ventilteller 33, 34 mit den Ventilöffnungen 35, 36 erreicht. Zwar gerügt es in der Re­ gel, daß beide Ventilteller 33, 34 und Ventilöffnungen 35, 36 gleich ausgebildet sind und damit gleiche Öffnungsquerschnitte und Öffnungszeiten ergeben, jedoch können durch die unter­ schiedliche Dimensionierung der Überlappungen die Öffnungszei­ ten und Öffnungsquerschnitte entsprechend den Anforderungen mo­ difiziert werden.

Claims (12)

1. Abgasrückführeinrichtung (1) einer Brennkraftmaschine mit einem Tellerventil (5), das einen Ventilteller (7, 8, 33, 34) auf einem Ventilschaft (6) hat und die Verbindung zwischen ei­ nem Luftansaugkanal (2) und einem Abgasrückführkanal (3) steu­ ert, wobei der Ventilschaft (6) in einem Ventilgehäuse (4) ge­ führt und abgedichtet ist und die Schließstellung durch einen axialen Anschlag (29, 32) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (7, 8, 33, 34) in seiner Schließstellung ein geringes radiales Spiel (12, 13) zu einer zugeordneten Ven­ tilöffnung (9, 10, 35, 36) aufweist und der axiale Anschlag (29, 32) unabhängig von diesem Ventilteller (7, 8, 33, 34) aus­ gebildet ist.

2. Abgasrückführeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei Ventilteller (7, 8, 33, 34) in ihrer Schließstellung ein geringes radiales Spiel (12, 13) zu ihren zugeordneten Ventilöffnungen (9, 10, 35, 36) aufweisen und ein separater axialer Anschlag (29) am Ventilschaft (6) vorgesehen ist.

3. Abgasrückführeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei Ventilteller (8, 31) vorgesehen sind, von denen der eine (8) in seiner Schließstellung ein geringes radiales Spiel (12) zu seiner zugeordneten Ventilöffnung (10) aufweist, während der andere (31) an einem Ventilsitz (32) der zugeordneten Ventilöffnung (9) anliegt und den axialen Anschlag bildet.

4. Abgasrückführeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der separate, axiale Anschlag (29) auf der den Gaskanälen (2, 3) abgewandten Seite der Abdichtung (27) der Ventilführung (11) liegt.

5. Abgasrückführeinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abdichtung (27) auf der Seite der Ventil­ führung (11) liegt, die den Gaskanälen (2, 3) zugewandt ist.

6. Abgasrückführeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß mindestens eines Ventiltellers (7, 8, 33, 34), der ein radiales Spiel (12, 13) zur zugeordneten Ventilöffnung (9, 10, 35, 36) hat, axial verlaufende Führungsrippen (20, 21, 22) angeordnet sind.

7. Abgasrückführeinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsrippen (20) am Ventilgehäuse (4) vorgesehen sind.

8. Abgasrückführeinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsrippen (21, 22) am Ventilschaft (6) vorgesehen sind.

9. Abgasrückführeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrippen (20, 21, 22) schrauben­ förmig verlaufen.

10. Abgasrückführeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteller (7, 8) und/oder die zugeordnete Ventilöffnung (9, 10) mit einem radia­ len Spiel (12, 13) im Querschnitt zueinander hin zugespitzt sind.

11. Abgasrückführeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdeckungen der beiden Ventilteller mit ihren zugeordneten Ventilöffnungen gleich sind.

12. Abgasrückführeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überdeckungen der beiden Ventilteller (33, 34) mit ihren zugeordneten Ventilöffnungen (35, 36) ungleich sind.