DE4204434C2 - Control valve for exhaust gas recirculation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für Abgas­ rückführung in die Ansaugleitung einer Brennkraft­ maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a control valve for exhaust gas return to the intake line of an internal combustion engine machine according to the preamble of the claim 1.

Ein derartiges Steuerventil ist aus der DE 37 03 091 A1 als elektromagnetisches Proportionalventil be­ kannt, das seine Öffnung proportional zum Steuer­ signal variieren kann.Such a control valve is known from DE 37 03 091 A1 as an electromagnetic proportional valve knows that its opening is proportional to the tax signal may vary.

Es ist bekannt (DE 30 43 752 C1), daß die Rückfüh­ rung von dem jeweiligen Betriebszustand der Brenn­ kraftmaschine angepaßten Abgasmengen eine wirksame Maßnahme darstellt, um umweltschädliche Anteile im Abgas einer Diesel-Brennkraftmaschine zu reduzie­ ren. Besonders läßt sich durch die Abgasrückführung eine Verminderung des Anteils an Stickoxiden im Ab­ gas erzielen. Es ist aber eine Einstellung und Steuerung der zusammen mit der Frischluftmenge und der eingespritzten Brennstoffmenge der Brennkraft­ maschine zugeführten Abgasmenge erforderlich, denn mit einer hierdurch bewirkten Verminderung der Stickoxide im Abgas stellt sich unter Umständen eine Erhöhung der Ruß-, CO- und HC-Anteile ein.It is known (DE 30 43 752 C1) that the feedback tion of the respective operating state of the burner engine adjusted exhaust gas quantities an effective Measure represents to protect environmentally harmful shares in the To reduce exhaust gas from a diesel internal combustion engine Ren. Especially through the exhaust gas recirculation a reduction in the proportion of nitrogen oxides in the Ab achieve gas. But it is an attitude and Control of the amount of fresh air and the amount of fuel injected by the internal combustion engine amount of exhaust gas supplied to the machine is necessary because with a reduction in the resulting Nitrogen oxides in the exhaust gas may arise an increase in the soot, CO and HC proportions.

Ein Dieselmotor neigt zu steigender Rußbildung bei Verminderung des Sauerstoffgehaltes in dem Brenn­ gemisch, d. h. bei größerer Abgasrückführrate. An­ dererseits ist die Tendenz zur Vergrößerung des Ausstoßes von schädlichen Bestandteilen im Abgas bei steigendem Luftanteil im Brenngemisch größer. Die maximale Rückführmenge des Abgases wird in der unteren Teillast benötigt, da hier ein hoher Luft­ überschuß vorhanden ist, und nimmt mit steigender Last ab. Führt man nun in der unteren Teillast Ab­ gas in dem Maße zurück, daß ein Schadstoff­ emissionsminimum erreicht wird und erhöht aus die­ sem Fahrzustand die Last sprungartig, so kommt es zu Rauchstößen, die gleichzeitig mit hohen HC- Emissionen verbunden sind.A diesel engine tends to increase soot formation Reduction in the oxygen content in the furnace mixed, d. H. with higher exhaust gas recirculation rate. On on the other hand, the tendency to increase the Emission of harmful components in the exhaust gas larger with increasing air content in the fuel mixture. The maximum return quantity of the exhaust gas is in the lower part load is required because of the high air excess is present and decreases with increasing Load off. If you now run in the lower partial load gas back to the extent that a pollutant emission minimum is reached and increased from the  The load suddenly jumps in this driving condition, so it happens to smoke bursts, which at the same time with high HC Emissions.

Es sind zwar aus der DE 30 43 752 C1 Maßnahmen zur Brennstoffsteuerung bekannt, mit denen die Bildung eines Rauchstoßes vermieden werden kann, die darin bestehen, daß die Stellbewegung des Gaspedals nach einer Totzeit und einer anschließenden Übergangs­ funktion erster oder höherer Ordnung dem die Ein­ spritzmenge bestimmenden Glied aufgeschaltet wird. Da diese Maßnahmen jedoch eine Überfrachtung der Gasbetätigung mit Dämpfungsgliedern etc. bedeuten und nur mit hohem konstruktiven Aufwand realisiert werden können und darüber hinaus eine verzögerte Lastabgabe der Brennkraftmaschine bewirken (Tot­ zeit), die bei Einsatz des Motors in einem Fahrzeug als unangenehm bemerkt wird, erscheint der Einsatz einer sehr schnell schaltenden Verstelleinrichtung als Kompromiß sinnvoll, mit der eine schnelle Ab­ schaltung der Abgasrückführung bei verkürzter ver­ zögerter Lastabgabe erreicht wird.Measures are indeed from DE 30 43 752 C1 Known fuel control with which education a burst of smoke can be avoided in it exist that the actuating movement of the accelerator pedal after a dead time and a subsequent transition function of first or higher order that the one injection quantity determining link is switched on. However, since these measures overload the Throttle operation with attenuators etc. mean and only realized with a high level of design effort can be and also a delayed Carry out load delivery of the internal combustion engine (tot time) when using the engine in a vehicle The application appears as being unpleasant a very fast switching adjustment device makes sense as a compromise with which a quick Ab switching of the exhaust gas recirculation with shortened ver delayed load delivery is reached.

Wie aus der bisherigen Beschreibung entnommen wer­ den kann, ändern sich über den Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine ständig die Drücke im Luft­ ansaugkanal und im Abgaskanal, so daß das aus der DE-OS bekannte Proportionalventil ständig unter­ schiedlich bestromt werden muß, um eine vorgegebene Rate der Abgasrückführung zu erreichen, wobei die hierfür benötigten elektromagnetischen Stellkräfte für die maximal möglichen Belastungen ausgelegt sein müssen, womit einmal große elektrische Energie bereitgestellt werden muß sowie großer Bauraum und Material.As taken from the previous description of who that can change across operating areas the internal combustion engine constantly pressures in the air intake duct and in the exhaust duct, so that from the DE-OS known proportional valve constantly under must be energized differently to a predetermined Rate of exhaust gas recirculation to achieve the electromagnetic actuating forces required for this designed for the maximum possible loads must be, with what once great electrical energy must be provided as well as large installation space and Material.

Ein anderer Weg wäre, die Steuerung mit konstanter Frequenz getakteter Gleichspannung und variablem Einschalt-Ausschalt-Dauerverhältnis (z. B. 30 Hz und 12 V) zu betreiben. Die bekannten, als Kegelven­ tile ausgebildeten Steuerventile, sind hierfür nur bedingt geeignet wegen hoher Stellkräfte und großer Geräuschemission.Another way would be to control with constant Frequency of clocked DC voltage and variable Switch-on / switch-off constant ratio (e.g. 30 Hz  and 12 V) to operate. The known as Kegelven Tile trained control valves are only for this limited suitability due to high actuating forces and large ones Noise emission.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil für eine Abgasrückführung der­ art zu gestalten, daß eine gegenüber anderen Steuerventilen schnellere Abschaltung erreicht wer­ den kann, wobei gleichzeitig der Material-, Ener­ gie- und Bauraumaufwand für die Stelleinrichtung verringert werden soll.The object of the invention is to achieve this based on a control valve for exhaust gas recirculation to create that one over another Control valves achieve faster shutdown who that can, at the same time the material, energy Gie and space required for the actuator should be reduced.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzei­ chen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out in a generic facility by the in the license plate Chen of claim 1 specified features solved.

Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen des Gegen­ standes nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.Features of advantageous developments of the counter status according to claim 1 are in the dependent claims specified.

Mit der Erfindung erzielbare Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len angegeben, die in der Zeichnung dargestellt sind.Advantages achievable with the invention are in the following description of exemplary embodiments len specified that shown in the drawing are.

Diese zeigt in Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Steuer­ ventil als Schnittbild und in Fig. 2 eine Einzel­ heit eines Ventils nach Fig. 1 in anderer Ausfüh­ rung.This shows in Fig. 1 shows an inventive control valve as a sectional view and in Fig. 2 is a detail of a valve according to Fig. 1 in other exporting tion.

Fig. 1 zeigt das Steuerventil 1, gebildet aus einem Gehäuse 2 mit einem Abgaskanal 3, der an eine Ab­ gasleitung 4 anschließbar ist, die den Abgas- und den Luftansaugkanal einer Brennkraftmaschine ver­ bindet. In einer Erweiterung 5 des Abgaskanals 3 ist ein Flachsitz 6 einer Auslaßöffnung 7 der Ab­ gasleitung angeordnet, die mit einem Flachschieber 8 zusammenwirkt, der mit einer Stange 9 verbunden ist, die durch eine Führung 10 aus einer Gehäuse­ kammer 11 in die Erweiterung 5 ragt. Es versteht sich von selbst, daß der Flachschieber in abgeän­ derter Ausführung auch als Flachdrehschieber ausge­ führt sein kann, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird. Die Stange 9 ist mit dem in der Ge­ häusekammer 11 befindlichen Teil mit einem nicht dargestellten Elektromagnet-, einem Pneumatik- oder Hydrauliksteller verbunden, der nach Maßgabe von Motorparameter- oder Steuersignalen als Stellein­ richtung 12 gesteuert wird. Bei betätigter Stell­ einrichtung 12 wird der Flachschieber 8 entgegen der Kraftwirkung einer Feder 13 mit einer Schieber­ öffnung 14 in Überdeckung mit der Auslaßöffnung 7 gebracht, wobei die Schieberöffnung 14 den Strö­ mungsquerschnitt der Auslaßöffnung 7 bestimmt. Bei unbetätigter Stelleinrichtung 12 wird der Flach­ schieber 8 durch die Feder 13 mit der Schieberöff­ nung 14 aus der Überdeckung gebracht, es erfolgt keine Abgasrückführung. Fig. 1 shows the control valve 1 , formed from a housing 2 with an exhaust duct 3 , which can be connected to a gas line 4 , which binds the exhaust gas and the air intake duct of an internal combustion engine. In an extension 5 of the exhaust duct 3 , a flat seat 6 an outlet opening 7 of the gas line is arranged, which interacts with a flat slide 8 , which is connected to a rod 9 , which protrudes through a guide 10 from a housing chamber 11 in the extension 5 . It goes without saying that the flat slide valve in a modified version can also be a flat rotary slide valve without leaving the scope of the invention. The rod 9 is connected to the part in the Ge housing chamber 11 with an electromagnet, a pneumatic or hydraulic actuator, not shown, which is controlled in accordance with motor parameter or control signals as a device 12 . While applying device 12 is the flat slide against the force action of a spring 13 having a slide opening 14 brought 8 in register with the outlet port 7, wherein the slide opening 14 the flow cross-section of the outlet opening 7 Strö determined. When the actuating device 12 is not actuated, the flat slide 8 is brought out of overlap by the spring 13 with the slide opening 14 , there is no exhaust gas recirculation.

Flachsitz 6 und -schieber 8 sind aus Werkstoffen mit geringen Reibeigenschaften hergestellt, womit eine geringe Stellkraft benötigt wird.Flat seat 6 and slide 8 are made of materials with low friction properties, which requires a low actuating force.

Darüber hinaus weisen Flachschieber 8 und Stange 9 nur geringe Massen auf, womit eine sehr schnelle Verstellung erfolgen kann. Die Verlagerung der die Verstellbewegung begrenzenden Anschlagflächen in die Gehäusekammer 11 mit der Stelleinrichtung 12 ermöglicht den Einsatz von wärmeempfindlicheren Werkstoffen mit großer Dämpfung zur Geräuschunter­ bindung.In addition, flat slide 8 and rod 9 have only small masses, with which a very quick adjustment can take place. The displacement of the stop surfaces limiting the adjustment movement into the housing chamber 11 with the actuating device 12 enables the use of more heat-sensitive materials with high damping to suppress noise.

Das erfindungsgemäße Steuerventil 1 zeichnet sich auch dadurch aus, daß bei Verwendung eines Elektro­ magnetstellers dieses z. B. in Abhängigkeit von Steuersignalen eines elektronischen Steuergerätes, die in der Regel aus Spannungssignalen bestimmter Frequenz und Gleichspannung (z. B. 30 Hz und 12 V), jedoch variablem Einschalt-Ausschalt-Dauerver­ hältnis bestehen, betrieben werden kann.The control valve 1 according to the invention is also characterized in that when using an electric magnetic actuator this z. B. in dependence on control signals of an electronic control unit, which usually consist of voltage signals of certain frequency and DC voltage (z. B. 30 Hz and 12 V), but variable switch-on-off-permanent ratio exist.

Fig. 2 zeigt das Steuerventil 1 nach Fig. 1 mit ei­ ner anderen Ausführung, bei der die Abgasrückfüh­ rung zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftma­ schine über Einzelabgasleitungen 15 erfolgen soll. Für diesen Anwendungsfall weist der Flachschieber 8 für jede Auslaßöffnung 7 eine Schieberöffnung 14 auf. Die übrigen Bauteile sind mit denen der Fig. 1 gleich. Der Flachschieber 8 steht in Stellung bei unbetätigter Stelleinrichtung 12. Fig. 2 shows the control valve 1 of FIG. 1 with egg ner another embodiment, in which the exhaust gas recirculation to the individual cylinders of the internal combustion engine is to take place via individual exhaust pipes 15 . For this application, the flat slide 8 has a slide opening 14 for each outlet opening 7 . The other components are the same as those in FIG. 1. The flat slide 8 is in position when the actuating device 12 is not actuated.

Bei beiden Ausführungen ist der Flachschieber 8 in dem Gehäuse 2 bzw. der Erweiterung 5 geführt (nicht dargestellt). Vorteilhafterweise ist der Flach­ schieber 8 durch eine federnde Andrückvorrichtung 16 (Fig. 1) gegen den/die Flachsitz(e) 6 gedrückt, um eventuelles Klappern und Undichtheiten zu be­ grenzen.In both versions, the flat slide 8 is guided in the housing 2 or the extension 5 (not shown). Advantageously, the flat slide 8 is pressed by a resilient pressing device 16 ( FIG. 1) against the flat seat (s) 6 in order to limit any rattling and leaks.

Die erfindungsgemäßen Ausführungen lassen eine schnelle Verstellung sowie geringe Toleranzen der Abgasrückführmenge bei einer einfachen Tastverhält­ nissteuerung zu, so daß Laständerungen in kürzester Zeit erfolgen können, ohne daß untolerierbare Ab­ gase oder Fahrfehler auftreten.The embodiments according to the invention allow one quick adjustment and small tolerances of the Exhaust gas recirculation quantity with a simple duty cycle nis control so that load changes in the shortest possible time Time can take place without intolerable Ab gases or driving errors occur.

Durch ausgeführten Leichtbau der beweglichen Teile kann die Stelleinrichtung 12 minimiert werden.The actuating device 12 can be minimized by the lightweight construction of the moving parts.

Claims (6)

1. Steuerventil für Abgasrückführung in die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine, gebildet aus einem Ventilteil, das in einen Abgaskanal hineinragt und dort mit einem Ventilsitz zusammen­ wirkt und mit einer in einer Gehäusekammer angeord­ neten Verstelleinrichtung verbunden ist, die in der Art wirkt, daß das Ventil bei unbetätigter Ver­ stelleinrichtung unter Federkraftwirkung ge­ schlossen und bei betätigter entgegen der Feder­ kraftwirkung geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteil aus einem Flachschieber (8) und einem mit diesem zusammenwirkenden Flachsitz (6) einer Auslaßöffnung (7) gebildet ist.1.Control valve for exhaust gas recirculation in the intake line of an internal combustion engine, formed from a valve part which protrudes into an exhaust duct and there cooperates with a valve seat and is connected to an adjusting device arranged in a housing chamber, which acts in such a way that the valve at unactuated Ver adjusting device under the action of spring force is closed and, when actuated, force action is opened against the spring, characterized in that the valve part is formed from a flat slide valve ( 8 ) and a flat seat ( 6 ) interacting with it, an outlet opening ( 7 ). 2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flachschieber (8) mindestens eine Schieberöffnung (14) aufweist, die bei betä­ tigter Verstelleinrichtung (12) über mindestens ei­ ner Auslaßöffnung (7) steht und deren Strömungs­ querschnitt bestimmt.2. Control valve according to claim 1, characterized in that the flat slide ( 8 ) has at least one slide opening ( 14 ) which is at actuated actuating device ( 12 ) over at least egg ner outlet opening ( 7 ) and determines the flow cross section. 3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flachschieber (8) durch eine federnde Andrückvorrichtung (16) gegen den Flach­ sitz (6) angedrückt ist.3. Control valve according to claim 2, characterized in that the flat slide ( 8 ) is pressed by a resilient pressing device ( 16 ) against the flat seat ( 6 ). 4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Flachschieber (8) mit einer Stange (9) der Verstelleinrichtung (12) ver­ bunden ist.4. Control valve according to one of claims 2 or 3, characterized in that the flat slide valve ( 8 ) with a rod ( 9 ) of the adjusting device ( 12 ) is connected ver. 5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachschieber als Flachdrehschieber ausgebildet ist. 5. Control valve according to one of claims 1, 2 or 4, characterized in that the flat slide as Flat rotary valve is formed.   6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (12) als Elektromagnet-, Pneu­ matik- oder Hydrauliksteller ausgebildet ist.6. Control valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the adjusting device ( 12 ) is designed as an electromagnet, pneumatic or hydraulic actuator.