EP0856657A2 - Abgasrückführventil für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasrückführventil für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0856657A2
EP0856657A2 EP97119328A EP97119328A EP0856657A2 EP 0856657 A2 EP0856657 A2 EP 0856657A2 EP 97119328 A EP97119328 A EP 97119328A EP 97119328 A EP97119328 A EP 97119328A EP 0856657 A2 EP0856657 A2 EP 0856657A2
Authority
EP
European Patent Office
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exhaust gas
gas recirculation
recirculation valve
valve according
drive
Prior art date
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EP97119328A
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English (en)
French (fr)
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EP0856657B1 (de
EP0856657A3 (de
Inventor
Frank Zimmermann
Thomas Peuker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gustav Wahler GmbH and Co KG
Original Assignee
Gustav Wahler GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Gustav Wahler GmbH and Co KG filed Critical Gustav Wahler GmbH and Co KG
Publication of EP0856657A2 publication Critical patent/EP0856657A2/de
Publication of EP0856657A3 publication Critical patent/EP0856657A3/de
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Publication of EP0856657B1 publication Critical patent/EP0856657B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/66—Lift valves, e.g. poppet valves
    • F02M26/67—Pintles; Spindles; Springs; Bearings; Sealings; Connections to actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/17—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system
    • F02M26/21—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system with EGR valves located at or near the connection to the intake system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/53—Systems for actuating EGR valves using electric actuators, e.g. solenoids
    • F02M26/54—Rotary actuators, e.g. step motors

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas recirculation valve for an internal combustion engine with the features in the preamble of Claim 1.
  • the adjustment device In a known exhaust gas recirculation valve of this type (DE 296 12 465, U1) the adjustment device consists of a vacuum adjuster, the one coaxial to the actuator with valve member generated. In the closed position of the valve member acts on this a force in the opening direction, which results from the pressure of the exhaust gas in the exhaust duct. The adjustment device must therefore be a correspondingly high, opposite Apply the clamping force continuously. The adjustment device is accordingly complex and large-volume. Except one of them becomes another, not of a ruling one and / or adjusting device which is dependent on negative pressure sought. In everything, the exhaust gas recirculation valve should be reliable work as well as small, light and compact be and for the movement of the valve member in the open position or closed position of the adjustment device only require low forces, which are accordingly light and should be designed compact.
  • the invention has for its object in an exhaust gas recirculation valve of the type mentioned above the above Requirements to take into account and the disadvantages mentioned to eliminate.
  • the task is the beginning of an exhaust gas recirculation valve mentioned type according to the invention by the features in Claim 1 solved.
  • the rotary drive with Downstream forming device have the following advantages achieved.
  • the separation makes it possible for any under forces acting on the pressure of the exhaust gas from the shaping device be caught and thus the drive itself from such forces are relieved.
  • This makes it possible to make the drive small, light and compact and to choose one that is only minor Energy consumption required and an actuating movement of the valve with only small actuation forces or actuation torques enables.
  • Another advantage is that because of that too a different type of drive can be used, the Functionality is not dependent on an existing one and / or negative pressure to be generated.
  • the drive can e.g.
  • the invention also provides the prerequisites for a quick adjustment of the valve member is possible, load changes in can be done in the shortest possible time without being intolerable Exhaust gases or the like. Disadvantages occur.
  • FIG. 1 is the essential for understanding schematically Part of an exhaust gas recirculation valve 10 according to one First embodiment shown that for an internal combustion engine is determined.
  • the valve 10 has a housing 11 with inner fresh air duct 12 through which e.g. in the direction arrows 13 fresh air, e.g. the intake air of the internal combustion engine, is passed through.
  • the outlet side 16 opens into the fresh air duct 12.
  • the Exhaust duct 14 contains between the inlet side 15 and the Outlet side 16 a e.g.
  • valve seat 17 which is controlled by a valve member 18 which on the side 19 facing valve seat 17 crowned, e.g. spherical segment-shaped, is trained.
  • a reverse design is also possible.
  • an actuator 20 e.g. in form of a Rod, a plunger or the like. That means in the housing 11 a socket 21 is slidably guided.
  • the valve member 18 becomes translational in the direction of arrow 22 between the closed position shown and the downward opening position emotional.
  • An adjusting device 23 serves this purpose.
  • a rib 24 is arranged, which is an integral part of the housing 11 can be and as a temperature shield and as protection to reduce any dirt deposits serves above the rib 24.
  • the adjusting device 23 has a rotating one Drive 25 with output shaft 26 on the cross, in particular aligned approximately at right angles to the actuator 20 is.
  • the drive 25 is e.g. designed as a stepper motor. In the embodiment shown, it exists from a rotary magnet of conventional type. Also other rotary drives are within the scope of the invention.
  • the adjustment device 23 also has a drive 25 connected downstream gear-changing device 27, by means of which the rotary drive movement of the drive 25 in a Translational movement of the actuator 20 is deformable.
  • Fig. 1 lies in the shown Closed position of the valve member 18 with the side 19 on Valve seat 17 facing the actuator 20, the valve member 18 toward the inlet side 15, in Fig. 1st can be brought down to its open position.
  • the Establishing this open position therefore requires one Impact movement in Fig. 1 down.
  • the valve member 18 will by means of a closing spring 28 in the closed position shown pulled, the closing spring 28 arranged so and is designed to accommodate the opening movement opposed and after opening when the actuator is released 20 automatically returns to the closed position enables.
  • the closing spring 28 is e.g. as cylindrical coil spring formed in the area of in Fig. 1 upper end of the actuator 20 coaxially arranged to this and with its lower end on the housing 11 is supported, while the other end immediately or acts indirectly on the actuator 20.
  • the closing spring 28 is designed as a compression spring.
  • the drive 25 generates a rotary drive movement in one Direction of rotation, e.g. clockwise to operate the Valve member 18 in its open position.
  • the return movement can be in the closed position when the actuator is released 20 done by the closing spring 28.
  • a rotary drive movement in the same direction of rotation, clockwise, as for the generation of the open position generate and thereby release the actuator 20.
  • the latter can be active due to the rotary drive movement of the drive 25 moved into the closed position will.
  • the actuator is released 20 or with gear coupling this with the Drive 25 the active movement of the actuator 20th reached in the closed position even when the Drive 25 in a different design for bringing about Closed position a rotary drive movement in to the first Direction of rotation opposite direction of rotation, thus counterclockwise, generated.
  • the forming device 27 is designed here as a cam drive. This has a rotary drive driven by the drive 25 Cam 29 with eccentric cam track 30 with which the Actuator 20 indirectly via a stop 31 in There is contact, but instead an immediate one Contact directly with the facing end of the actuator 20 can be provided.
  • the stop 31 is on Attached end of the actuator 20 and is e.g. from a plate aligned transversely to the longitudinal central axis, on the top of which the cam 29 with the cam track 30 is present.
  • the Closing spring 28 On the underside of the stop 31 is the Closing spring 28 which is supported on the end thereof.
  • the Cam 29 has at least one to the output shaft 26 eccentric eccentric part 32 on which the cam track 30 e.g. in the form of its outer surface.
  • the at least one Eccentric part 32 is based on the diametral of the output shaft 26 symmetrical.
  • the drive 25 after the opening position has been established of the valve member 18 but also in the cam 29 an opposite direction of rotation, thus counterclockwise, reset until the starting position shown in Fig. 1 is reached again.
  • the return movement of the Cam 29 via the closing spring 28 and the actuator 20 take place or at least be supported.
  • the exhaust gas recirculation valve 10 has the advantage that under the pressure of the exhaust gas on the inlet side 15, the valve member 18 automatically against the valve seat 17 is pressed. Also a possible negative pressure in the fresh air duct 12 this supports automatic Contact pressure. This is a reliable closed position guaranteed even at high pressures on the inlet side 15.
  • the adjusting device 23 and shaping device 27 is from Forces that otherwise act on it under the exhaust gas pressure, relieved. Depending on the design of the drive 25 and in particular the forming device 27 is also in the valve adjustment e.g.
  • the adjustment device enables quick valve adjustment with low necessary actuating torque.
  • the quick adjustment has that Advantage that load changes of the internal combustion engine in can be done in the shortest possible time without being unwanted Exhaust gases occur.
  • Spring 23 may be provided, here as a torsion spring is trained and with its other end somewhere on Housing 11 is supported.
  • the spring 33 is designed here and arranged that when you turn the Cam 29 is stretched counterclockwise and one resilient clockwise return movement. If the effect is to be in opposite directions, the spring 33 accordingly mounted in opposite directions.
  • the gear forming device as a link device educated.
  • the cam 29 has a cam track Groove on, which is designed as an outer or inner cam track.
  • the stop 31 connected to the actuator 20 is here e.g. formed from a sliding or rolling body, e.g. from a sliding block or from a roll that in the groove engages.
  • FIGS. 2 to 4 are for the parts of the first embodiment correspond to 100 larger reference numerals, so that thereby avoiding repetitions on the description the first embodiment is referred to.
  • the drive 125 is coaxial arranged to the actuator 120 and as in the first embodiment e.g. designed as a rotating magnet.
  • the gear Forming device 127 which to the actuator 120 coaxial output shaft 126 is connected, has a sliding element 134 which can be driven in rotation on that rotates in the housing 111 and slidably is held and with the actuator 120 to it Axial displacement is connected without rotary actuation.
  • the actuator 120 is in the range of Bottom of the sliding member 134 but rotatable on the latter firmly arranged in both axial directions.
  • a only schematically indicated with 135 arrangement of thrust bearings and radial bearings, which is also possible with plain bearings are.
  • the actuator 120 may therefore end up being one have enlarged head 136, the circumferential by means a radial bearing, e.g. a bearing bush, and axially by means of an axial bearing located in the Sliding element 134 is rotatably mounted relative to this and is axially connected to it in both directions.
  • a radial bearing e.g. a bearing bush
  • the sliding element 134 e.g. in the form of a cylindrical drum, is in an opening 137 forming a guide on the Top of the housing 111 rotatable and slidable added.
  • means 138 are provided, by means of which the Drive 125 resulting rotation of the sliding element 134 in a translational movement of the sliding element 134 and thus of the actuator 120 is deformable.
  • these means 138 consist Threads of the housing 111 on the one hand and the sliding element 134 on the other hand.
  • the sliding element 134 has at least one helical and roughly corresponding to a thread running outer groove 139 into which at least one in Housing 111 held, directed transversely to the longitudinal central axis Projection 140 engages. Even if only a projection 140 is indicated it is understood, however, that e.g. two Projections that e.g. diametrically opposite and are axially offset, or even more projections 140 can be provided.
  • the outer groove 139 is approximately trapezoidal educated. In keeping with that, at least a projection 140 is approximately frustoconical, at least on the end area which engages in the outer groove 139.
  • the at least one Projection 140 is designed as a rolling body, whereby the Friction between the outer groove 139 and the at least one Projection 140 is reduced.
  • the protrusion 140 is e.g. mounted rotatably in the housing 111 by means of a bearing 141. It is axially inserted into the outer groove 139 by means of a spring 142 forced into it resiliently.
  • the spring 142 sits in the Housing 111 and works on a plunger 143 that with its spherical head approximately axially at the projection 140 is applied and in this way the force of the spring 142nd transmits.
  • the sliding element 134 is connected to the output shaft 126 of the Drive 125 coupled so that the rotary drive of the drive 125 is transferred to the sliding element 134 and the latter is axially displaceable relative to the output shaft 126.
  • the sliding element 134 contains one to the output shaft 126 approximately coaxial slot 144 into which the output shaft 126 engages, which carries a coupling member 145 at the end, whose width is at least essentially the width of the Slot corresponds to 144 and therefore positively in the Slot 144 engages, while at the same time being axially displaceable is ensured relative to the slot 144.
  • the at least one projection 140 also as a differently designed one, Rotary body rotatable about a radial axis or instead in particular also be designed as a ball, the z. B. with a part in the housing 111 is rotatable and with a other, inward and toward slide 134 engages protruding part in the outer groove 139. With such a configuration, the friction reduced even further.
  • the means 138 consists of threads of the housing 111 on the one hand and the sliding element 134 on the other hand, engage balls in the thread of the housing 111 and / or of the sliding member 134.
  • the arrangement in the manner of a Ball screw is designed. If such balls in the threads can roll freely, a ball return be provided for the balls. Instead, they can Balls can also be held in a ball bushing that is radial arranged between the housing 111 and the sliding element 134 is.

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Abstract

Ein Abgasrückführventil (10) enthält in einem Gehäuse (11) einen Abgaskanal (14) mit einem Ventilsitz (17), der von einem an einem Betätigungsglied (20) in Form eines Stößels sitzenden Ventilglied (18) beherrscht wird. Der Stößel ist im Gehäuse (11) verschiebbar und über eine Verstelleinrichtung (23) betätigbar, die einen Antrieb (25) mit nachgeschalteter getrieblicher Umformeinrichtung (27) aufweist, über die die Drehantriebsbewegung in eine Translationsbewegung des Betätigungsgliedes (20) und eine Bewegung des Ventilgliedes (18) in die Öffnungsstellung umgeformt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasrückführventil für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Abgasrückführventil dieser Art (DE 296 12 465,U1) besteht die Verstelleinrichtung aus einem Unterdruckversteller, der eine zum Betätigungsglied mit Ventilglied koaxiale Stellkraft erzeugt. In der Schließstellung des Ventilgliedes wirkt auf dieses eine Kraft in Öffnungsrichtung ein, die sich aus dem Druck des Abgases im Abgaskanal ergibt. Die Verstelleinrichtung muß daher eine entsprechend hohe, entgegengerichtete Schließkraft fortwährend aufbringen. Die Verstelleinrichtung ist dementsprechend aufwendig und großvolumig. Abgesehen davon wird eine andere, nicht von einem herrschenden und/oder zu erzeugenden Unterdruck abhängige Verstelleinrichtung angestrebt. Bei allem soll das Abgasrückführventil zuverlässig arbeiten sowie klein, leicht und kompakt beschaffen sein und für die Bewegung des Ventilgliedes in die Öffnungsstellung bzw. Schließstellung der Verstelleinrichtung nur geringe Kräfte abverlangen, die dementsprechend leicht und kompakt gestaltet werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Abgasrückführventil der eingangs genannten Art den vorstehenden Vorgaben Rechnung zu tragen und die genannten Nachteile zu beseitigen.
Die Aufgabe ist bei einem Abgasrückführventil der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Durch den rotatorischen Antrieb mit nachgeschalteter Umformeinrichtung werden folgende Vorteile erzielt. Die Trennung macht es möglich, daß etwaige unter dem Druck des Abgases wirkende Kräfte von der Umformeinrichtung aufgefangen werden und somit der Antrieb selbst von derartigen Kräften entlastet ist. Dies macht es möglich, den Antrieb klein, leicht und kompakt zu gestalten und dafür einen solchen zu wählen, der nur einen geringen Energieaufwand benötigt und eine Stellbewegung des Ventils mit nur kleinen Betätigungskräften bzw. Betätigungsmomenten ermöglicht. Von Vorteil ist ferner, daß aufgrund dessen auch ein anders gearteter Antrieb zum Einsatz kommen kann, dessen Funktionsweise nicht abhängig ist von einem vorhandenen und/oder zu erzeugenden Unterdruck. Der Antrieb kann z.B. ein solcher sein, der mit elektrischer Energie gespeist wird, die einer einfachen, separaten und leichten und im übrigen sehr exakten Steuerung zugänglich ist. Der Antrieb kann somit minimiert werden. Die Erfindung schafft ferner die Voraussetzungen dafür, daß eine schnelle Verstellung des Ventilgliedes möglich ist, wobei Laständerungen in kürzester Zeit erfolgen können, ohne daß untolerierbare Abgase od. dgl. Nachteile auftreten.
Weitere erfinderische Einzelheiten und Besonderheiten ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen 2 bis 31.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummern darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben. Dabei sind alle in der vorstehenden und folgenden Beschreibung erwähnten Merkmale sowie auch die allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen schematischen Schnitt eines Teils eines Abgasrückführventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in der Schließstellung,
Fig. 2
einen schematischen Schnitt etwa entsprechend demjenigen in Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3
eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Einzelheit des Abgasrückführventils in Fig. 2,
Fig. 4
einen schematischen Schnitt entlang der Linie IV - IV in Fig. 3.
In Fig. 1 ist schematisch der für das Verständnis wesentliche Teil eines Abgasrückführventils 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, das für eine Brennkraftmaschine bestimmt ist. Das Ventil 10 hat ein Gehäuse 11 mit innerem Frischluftkanal 12, durch den z.B. in Richtung der Pfeile 13 Frischluft, z.B. die Ansaugluft der Brennkraftmaschine, hindurchgeführt wird. Im Gehäuse 11 befindet sich ferner ein Abgaskanal 14, der hier quer zum Frischluftkanal 12 verläuft und auf seiner Einlaßseite 15 mit einer nicht gezeigten Abgasleitung verbunden werden kann. Die Auslaßseite 16 mündet in den Frischluftkanal 12. Der Abgaskanal 14 enthält zwischen der Einlaßseite 15 und der Auslaßseite 16 einen z.B. kegelstumpfförmigen Ventilsitz 17, der von einem Ventilglied 18 beherrscht wird, das auf der dem Ventilsitz 17 zugewandten Seite 19 ballig, z.B. kugelabschnittförmig, ausgebildet ist. Auch eine umgekehrte Gestaltung ist möglich. Am Ventilglied 18 greift ein Betätigungsglied 20 z.B. in Form einer Stange, eines Stößels od. dgl. an, das im Gehäuse 11 vermittels einer Buchse 21 verschiebbar geführt ist. Über das Betätigungsglied 20 wird das Ventilglied 18 translatorisch in Richtung des Pfeiles 22 zwischen der gezeigten Schließstellung und der nach unten ausgestoßenen Öffnungsstellung bewegt. Hierzu dient eine Verstelleinrichtung 23.
Unterhalb des unteren Ende der Buchse 21 ist in Abstand davon eine Rippe 24 angeordnet, die einstückiger Bestandteil des Gehäuses 11 sein kann und als Temperaturabschirmung und als Schutz zur Verminderung etwaiger Schmutzablagerungen oberhalb der Rippe 24 dient.
Die Verstelleinrichtung 23 weist einen rotatorisch arbeitenden Antrieb 25 mit Abtriebswelle 26 auf, der quer, insbesondere etwa rechtwinklig, zum Betätigungsglied 20 ausgerichtet ist. Der Antrieb 25 ist z.B. als Schrittmotor ausgebildet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel besteht er aus einem Drehmagneten herkömmlicher Art. Auch andere Drehantriebe liegen im Rahmen der Erfindung. Die Verstelleinrichtung 23 weist außerdem eine dem Antrieb 25 nachgeschaltete getriebliche Umformeinrichtung 27 auf, mittels der die Drehantriebsbewegung des Antriebes 25 in eine Translationsbewegung des Betätigungsgliedes 20 umformbar ist.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, liegt in der gezeigten Schließstellung das Ventilglied 18 mit der Seite 19 am Ventilsitz 17 an, die dem Betätigungsglied 20 zugewandt ist, wobei das Ventilglied 18 zur Einlaßseite 15 hin, in Fig. 1 nach unten, in seine Öffnungsstellung bringbar ist. Die Herbeiführung dieser öffnungsstellung bedingt somit eine Stoßbewegung in Fig. 1 nach unten. Das Ventilglied 18 wird mittels einer Schließfeder 28 in die dargestellte Schließstellung gezogen, wobei die Schließfeder 28 so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie sich der Öffnungsbewegung entgegenstellt und nach dem Öffnen bei Freigabe des Betätigungsgliedes 20 selbsttätig die Rückstellung in die Schließstellung ermöglicht. Die Schließfeder 28 ist z.B. als zylindrische Schraubenfeder ausgebildet, die im Bereich des in Fig. 1 oberen Endes des Betätigungsgliedes 20 koaxial zu diesem angeordnet und mit ihrem unteren Ende am Gehäuse 11 abgestützt ist, während das andere Ende unmittelbar oder mittelbar am Betätigungsglied 20 angreift. Die Schließfeder 28 ist als Druckfeder ausgebildet.
Der Antrieb 25 erzeugt eine Drehantriebsbewegung in einer Drehrichtung, z.B. im Uhrzeigersinn, zur Betätigung des Ventilgliedes 18 in seine Öffnungsstellung. Die Rückstellbewegung in die Schließstellung kann bei freigegebenem Betätigungsglied 20 durch die Schließfeder 28 erfolgen. Hierzu kann der Antrieb 25 je nach Ausbildung der Umformeinrichtung 27 eine Drehantriebsbewegung in der gleichen Drehrichtung, also im Uhrzeigersinn, wie für die Erzeugung der Öffnungsstellung erzeugen und dadurch das Betätigungsglied 20 freigeben. Bei Antriebskopplung mit dem Betätigungsglied 20 kann hierbei letzteres aktiv aufgrund der Drehantriebsbewegung des Antriebes 25 in die Schließstellung bewegt werden. Alternativ dazu wird die Freigabe des Betätigungsgliedes 20 oder bei getrieblicher Kopplung dieses mit dem Antrieb 25 die aktive Bewegung des Betätigungsgliedes 20 in die Schließstellung auch dann erreicht, wenn der Antrieb 25 bei anderer Gestaltung für die Herbeiführung der Schließstellung eine Drehantriebsbewegung in zur ersten Drehrichtung entgegengesetzter Drehrichtung, somit im Gegenuhrzeigersinn, erzeugt.
Die Umformeinrichtung 27 ist hier als Nockenantrieb ausgebildet. Dieser weist einen vom Antrieb 25 drehangetriebenen Nocken 29 mit exzentrischer Nockenbahn 30 auf, mit der das Betätigungsglied 20 mittelbar über einen Anschlag 31 in Berührung steht, wobei statt dessen auch eine unmittelbare Berührung direkt mit dem zugewandten Ende des Betätigungsgliedes 20 vorgesehen sein kann. Der Anschlag 31 ist am Ende des Betätigungsgliedes 20 befestigt und besteht z.B. aus einer quer zur Längsmittelachse ausgerichteten Platte, an deren Oberseite der Nocken 29 mit der Nockenbahn 30 anliegt. Unterseitig des Anschlages 31 befindet sich die Schließfeder 28, die endseitig daran abgestützt ist. Der Nocken 29 weist zumindest einen zur Abtriebswelle 26 exzentrischen Exzenterteil 32 auf, der die Nockenbahn 30 z.B. in Form seiner Außenfläche trägt. Der mindestens eine Exzenterteil 32 ist bezogen auf die Diametrale der Abtriebswelle 26 symmetrisch ausgebildet.
Wird beim Abgasrückführventil 10 in Fig. 1 der Antrieb 25 eingeschaltet und darüber der Nocken 29 z.B. um einen Umfangswinkel von etwa 90° im Uhrzeigersinn gedreht, so gelangt das Ventilglied 18 in seine Öffnungsstellung. Bei weiterer Drehung des Nockens 29 weiterhin im Uhrzeigersinn, z.B. wiederum um 90°, wird das Betätigungsglied 20 von der Nockenbahn 30 druckentlastet und somit das Betätigungsglied 20 derart freigegeben, daß die Schließfeder 28 allein das Ventilglied 18 in die gezeigte Schließstellung bewegen kann. Je nach Gestaltung des Antriebs 25 kann dabei auch erreicht werden, daß bei dieser Rückstellbewegung durch die Schließfeder 28 auf den Nocken 29 vom Betätigungsglied 20 her eine derartige Rückstellkraft ausgeübt wird, die eine Drehbetätigung des Nockens 29 bewirkt.
Alternativ kann der Antrieb 25 nach Herstellung der Öffnungsstellung des Ventilgliedes 18 den Nocken 29 aber auch in einer gegensinnigen Drehrichtung, somit im Gegenuhrzeigersinn, zurückstellen, bis die in Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung wieder erreicht ist. Auch hier kann je nach Gestaltung des Antriebes 25 die Rückstellbewegung des Nockens 29 über die Schließfeder 28 und das Betätigungsglied 20 erfolgen oder zumindest unterstützt werden.
Das Abgasrückführventil 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß unter dem Druck des Abgases auf der Einlaßseite 15 das Ventilglied 18 selbsttätig gegen den Ventilsitz 17 angepreßt wird. Auch ein etwaiger Unterdruck im Frischluftkanal 12 unterstützt diese selbsttätige Anpressung. Dadurch ist eine zuverlässige Schließstellung auch bei hohen Drücken auf der Einlaßseite 15 gewährleistet. Die Verstelleinrichtung 23 und Umformeinrichtung 27 ist von Kräften, die sonst darauf unter dem Abgasdruck wirken, entlastet. Je nach Gestaltung des Antriebes 25 und insbesondere der Umformeinrichtung 27 ist auch bei der Ventilverstellung z.B. in die Öffnungsstellung eine Selbsthemmung erreicht, so daß auch dann etwaige unter dem Druck des Abgases wirkenden, der Öffnungsbewegung axial entgegengerichteten Kräfte vom Antrieb ferngehalten und von diesem nicht aufgenommen werden müssen und auch nicht dazu führen, daß eine der Betätigungskraft in Öffnungsrichtung entgegengerichtete Kraft den Antrieb blockiert. Die Verstelleinrichtung ermöglicht eine schnelle Ventilverstellung mit geringem, dafür nötigen Stellmoment. Die schnelle Verstellung hat den Vorteil, daß Laständerungen der Brennkraftmaschine in kürzester Zeit erfolgen können, ohne daß nicht gewünschte Abgase auftreten.
Sollte fallweise eine selbsttätige Rückstellung des Nockens 29 notwendig sein, so kann hierzu an der Abtriebswelle 26 oder statt dessen auch am Nocken 29 eine in Fig. 1 angedeutete Feder 23 vorgesehen sein, die hier als Drehfeder ausgebildet ist und mit ihrem anderen Ende irgendwo am Gehäuse 11 abgestützt ist. Die Feder 33 ist hier so ausgebildet und angeordnet, daß sie bei einer Drehbetätigung des Nockens 29 im Gegenuhrzeigersinn gespannt wird und eine federnde Rückstellbewegung im Uhrzeigersinn ermöglicht. Soll die Wirkung gegensinnig sein, so wird die Feder 33 dementsprechend gegensinnig montiert.
Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist die getriebliche Umformeinrichtung als Kulisseneinrichtung ausgebildet. Hierbei weist der Nocken 29 als Nockenbahn eine Nut auf, die als äußere oder innere Kurvenbahn gestaltet ist. Der mit dem Betätigungsglied 20 verbundene Anschlag 31 ist hierbei z.B. aus einem Gleit- oder Rollkörper gebildet, z.B. aus einem Gleitstein oder aus einer Rolle, der bzw. die in die Nut eingreift.
Bei dem in Fig. 2 bis 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sind für die Teile, die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, um 100 größere Bezugszeichen verwendet, so daß dadurch zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispieles Bezug nommen ist.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist der Antrieb 125 koaxial zum Betätigungsglied 120 angeordnet und wie beim ersten Ausführungsbeispiel z.B. als Drehmagnet ausgebildet. Die getriebliche Umformeinrichtung 127, die an die zum Betätigungsglied 120 koaxiale Abtriebswelle 126 angeschlossen ist, weist ein davon rotatorisch antreibbares Gleitelement 134 auf, das im Gehäuse 111 drehbar sowie gleitverschieblich gehalten ist und mit dem Betätigungsglied 120 zu dessen Axialverschiebung ohne Drehbetätigung verbunden ist. Zu diesem Zweck ist das Betätigungsglied 120 im Bereich der Unterseite des Gleitelements 134 an letzterem drehbar aber in beiden Axialrichtungen fest angeordnet. Hierzu kann eine nur schematisch mit 135 angedeutete Anordnung von Axiallagern und Radiallagern dienen, wozu auch Gleitlager möglich sind. Das Betätigungsglied 120 kann deswegen am Ende einen vergrößerten Kopf 136 aufweisen, der umfangsseitig mittels eines Radiallagers, z.B. einer Lagerbüchse, und axial mittels eines darunter befindlichen Axiallagers im Gleitelement 134 relativ zu diesem drehbar gelagert ist und mit diesem axial in beiden Richtungen verbunden ist.
Das Gleitelement 134,z.B. in Form einer zylindrischen Trommel, ist in einer eine Führung bildenden Öffnung 137 auf der Oberseite des Gehäuses 111 drehbar und gleitverschieblich aufgenommen. Zwischen dem Gehäuse 111 und dem Gleitelement 134 sind Mittel 138 vorgesehen, mittels denen die vom Antrieb 125 herrührende Drehung des Gleitelements 134 in eine Translationsbewegung des Gleitelements 134 und damit des Betätigungsgliedes 120 umformbar ist. Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen diese Mittel 138 aus Gewindegängen des Gehäuses 111 einerseits und des Gleitelements 134 andererseits. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Gleitelement 134 zumindest eine schraubenlinienartig und etwa einem Gewindegang entsprechend verlaufende Außennut 139 auf, in die zumindest ein im Gehäuse 111 gehaltener, quer zur Längsmittelachse gerichteter Vorsprung 140 eingreift. Auch wenn nur ein Vorsprung 140 angedeutet ist, versteht es sich gleichwohl, daß z.B. zwei Vorsprünge, die sich z.B. diametral gegenüberliegen und axial versetzt sind, oder auch noch mehr Vorsprünge 140 vorgesehen sein können. Die Außennut 139 ist etwa trapezförmig ausgebildet. In Anpassung daran ist der mindestens eine Vorsprung 140 etwa kegelstumpfförmig ausgebildet, zumindest auf dem Endbereich, der in die Außennut 139 eingreift. Von Vorteil kann es sein, wenn der mindestens eine Vorsprung 140 als Rollkörper ausgebildet ist, wodurch die Reibung zwischen der Außennut 139 und dem mindestens einen Vorsprung 140 reduziert wird. Der Vorsprung 140 ist z.B. mittels eines Lagers 141 im Gehäuse 111 drehbar gelagert. Er wird mittels einer Feder 142 axial in die Außennut 139 federelastisch hineingezwungen. Die Feder 142 sitzt im Gehäuse 111 und arbeitet auf einen Stößel 143, der mit seinem balligen Kopf etwa punktförmig axial am Vorsprung 140 anliegt und in dieser Weise die Kraft der Feder 142 überträgt.
Das Gleitelement 134 ist mit der Abtriebswelle 126 des Antriebes 125 so gekoppelt, daß der Drehantrieb des Antriebs 125 auf das Gleitelement 134 übertragen wird und letzteres dabei relativ zur Abtriebswelle 126 axial verschiebbar ist. Hierzu enthält das Gleitelement 134 einen zur Abtriebswelle 126 etwa koaxialen Schlitz 144, in den die Abtriebswelle 126 eingreift, die am Ende ein Koppelglied 145 trägt, dessen Breite zumindest im wesentlichen der Breite des Schlitzes 144 entspricht und daher formschlüssig in den Schlitz 144 eingreift, wobei zugleich eine axiale Verschiebbarkeit relativ zum Schlitz 144 gewährleistet ist.
Wird der Antrieb 125 eingeschaltet und dadurch dessen Abtriebswelle 126 in einer Drehrichtung angetrieben, so hat dies eine gleichsinnige Drehbetätigung des Gleitelements 134 in der Öffnung 137 zur Folge, die durch den Eingriff des mindestens einen Vorsprunges 140 in die Außennut 139 in eine Axialverschiebung des Gleitelements 134 in Fig. 2 nach unten umgewandelt wird und eine Bewegung des Ventilgliedes 118 in seine Öffnungsstellung zur Folge hat. Wird über den Antrieb 125 die Abtriebswelle 126 und über diese das Gleitelement 134 gegensinnig in Drehung versetzt, hat dies eine Axialverschiebung des Gleitelements 134 in Fig. 2 nach oben und damit eine Bewegung des Ventilgliedes 118 in die Schließstellung zur Folge. Etwaige axiale Kräfte, die vom Ventilglied 118 her wirken, werden über den mindestens einen Vorsprung 140, der in die Außennut 139 eingreift, aufgenommen und in das Gehäuse 111 eingeleitet, ohne daß der Antrieb 125 damit belastet wird.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 ist die Schließfeder 128 Teil des Antriebes 125 und hierbei z. B. als angedeutete Drehfeder ausgebildet. Auch andere Ausführungsformen liegen im Rahmen der Erfindung.
In Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels kann der mindestens eine Vorsprung 140 auch als anders gestalteter, um eine radiale Achse drehbarer Drehkörper oder statt dessen insbesondere auch als Kugel ausgebildet sein, die z. B. mit einem Teil im Gehäuse 111 drehbar ist und mit einem anderen, nach innen und in Richtung zum Gleitelement 134 vorstehenden Teil in dessen Außennut 139 eingreift. Durch eine solche Ausgestaltung wird die Reibung noch weiter reduziert.
Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die Mittel 138 aus Gewindegängen des Gehäuses 111 einerseits und des Gleitelements 134 andererseits bestehen, greifen Kugeln in den Gewindegang des Gehäuses 111 und/oder des Gleitelements 134 ein. Z. B. können derartige Kugeln darin enthalten sein, wobei die Anordnung nach Art einer Kugelumlaufspindel gestaltet ist. Wenn derartige Kugeln in den Gewindegängen frei abrollen, kann eine Kugelrückführung für die Kugeln vorgesehen sein. Statt dessen können die Kugeln auch in einer Kugelbüchse gehalten sein, die radial zwischen dem Gehäuse 111 und dem Gleitelement 134 angeordnet ist.
Auch wenn beim zweiten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 schematisch nur ein Gewindegang in Gestalt der Außennut 139 angedeutet ist, versteht es sich gleichwohl, daß dieser Gewindegang etwa schraubenlinienartig auf dem Umfang des Gleitelements 134 verlaufen kann, wobei dann, wenn auch das Gehäuse 111 entsprechende Gewindegänge aufweist, auf beiden Seiten des Gleitelements 134 Kugeln vorgesehen sein können und ferner in Axialrichtung des Gleitelements 134 ebenfalls mehrere in Axialabstand voneinander angeordnete Kugeln plaziert sein können, die in einer Kugelbüchse gehalten sind. Beim Gehäuse 111 können in Axialrichtung des Gleitelements 134 betrachtet, mehrere in Axialabständen aufeinanderfolgende radiale Ringnuten enthalten sein, in denen in der Kugelbüchse lagernde Kugeln mit einem Kugelabschnitt aufgenommen sind, die mit ihrem anderen Kugelabschnitt in die schraubenlinienartig verlaufende Außennut 139 eingreifen.

Claims (31)

  1. Abgasrückführventil für eine Brennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (11; 111), das einen Abgaskanal (14; 114) mit einem Ventilsitz (17; 117) enthält, der von einem Ventilglied (18; 118) beherrscht wird, dessen Betätigungsglied (20; 120), z.B. Stößel, im Gehäuse (11; 111) verschiebbar geführt ist und von einer Verstelleinrichtung (23; 123) betätigt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verstelleinrichtung (23; 123) einen rotatorisch arbeitenden Antrieb (25; 125) und eine dem Antrieb (25; 125) nachgeschaltete, getriebliche Umformeinrichtung (27; 127) aufweist, mittels der die Drehantriebsbewegung des Antriebes (25; 125) in eine Translationsbewegung des Betätigungsgliedes (20; 120) mit Ventilglied (18; 118) umformbar ist.
  2. Abgasrückführventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ventilglied (18; 118) mit der Seite (19; 119) am Ventilsitz (17; 117) anliegt, die dem Betätigungsglied (20; 120) zugewandt ist, und zur Einlaßseite (15; 115) des Abgases hin in seine Öffnungsstellung bewegbar ist.
  3. Abgasrückführventil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ventilglied (18;118) mittels einer auf das Betätigungsglied (20;120) wirkenden Schließfeder (28;128) in Schließstellung gezwungen wird und entgegen der Schließfeder (28;128) in Öffnungsstellung bringbar ist.
  4. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ventilglied (18; 118) auf der dem Ventilsitz (17;117) zugewandten Seite (19;119) etwa kugelabschnittförmig und der Ventilsitz (17;117) etwa kegelstumpfförmig oder umgekehrt ausgebildet sind.
  5. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der rotatorisch arbeitende Antrieb (25; 125) eine Drehantriebsbewegung in einer Drehrichtung zur Betätigung des Ventilgliedes (18; 118) in dessen Öffnungsstellung erzeugt.
  6. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der rotatorisch arbeitende Antrieb (25; 125) eine Rückstellbewegung in gleicher oder entgegengesetzter Drehrichtung erzeugt für eine Bewegung des Ventilgliedes (18; 118) in dessen Schließstellung.
  7. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ventilglied (18;118) bei Freigabe mittels der Schließfeder (28; 128) selbsttätig in die Schließstellung bewegbar ist.
  8. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der rotatorisch arbeitende Antrieb (25; 125) eine Drehantriebsbewegung in entgegengesetzter Drehrichtung zur Betätigung des Ventilgliedes (18; 118) in dessen Schließstellung erzeugt.
  9. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der rotatorisch arbeitende Antrieb (25) eine Drehantriebsbewegung in der gleichen Drehrichtung wie für die Erzeugung der Öffnungsstellung zur Betätigung des Ventilgliedes (18) in dessen Schließstellung erzeugt.
  10. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der rotatorisch arbeitende Antrieb (25; 125) mit seiner Längsmittelachse quer, insbesondere etwa rechtwinklig, oder koaxial zum Betätigungsglied (20; 120) ausgerichtet ist.
  11. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der rotatorisch arbeitende Antrieb (25; 125) als Schrittmotor ausgebildet ist.
  12. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der rotatorisch arbeitende Antrieb (25; 125) aus einem Drehmagneten gebildet ist.
  13. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die getriebliche Umformeinrichtung (27) als Nockenantrieb ausgebildet ist.
  14. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die getriebliche Umformeinrichtung (27) einen vom Antrieb (25) drehantreibbaren Nocken (29) mit einer exzentrischen Nockenbahn (30) aufweist, mit der das Betätigungsglied (20) unmittelbar oder mittelbar in Berührung steht.
  15. Abgasrückführventil nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Betätigungsglied (20), vorzugsweise am Ende, einen Anschlag (31), z.B. eine quer zur Längsmittelachse ausgerichtete Platte, trägt, der an der Nockenbahn (30) des Nockens (29) anliegt.
  16. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 3 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Schließfeder (28) mit einem Ende am Gehäuse (11) und mit dem anderen Ende am Anschlag (31), z.B. der Platte, abgestützt ist und als Druckfeder ausgebildet ist, oder daß die Schließfeder (128) Teil des Antriebs (125) ist, z.B. als Drehfeder ausgebildet ist.
  17. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Nocken (29) zumindest einen Exzenterteil (32) aufweist.
  18. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Nockenbahn (30) auf der Außenfläche des Nockens (29) vorgesehen ist.
  19. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Nockenbahn als Nut ausgebildet ist und daß der Anschlag des Betätigungsgliedes aus einem Gleit- oder Rollkörper gebildet ist, der in die Nut eingreift.
  20. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der mindestens eine Exzenterteil (32) symmetrisch ausgebildet ist.
  21. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an der Abtriebswelle (26) des Antriebes (25) oder am Nocken (29) eine zurückstellende Feder (33), insbesondere Drehfeder, angreift.
  22. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die getriebliche Umformeinrichtung (127) eine zum Betätigungsglied (120) koaxiale, rotatorisch betätigbare Abtriebswelle (126) mit davon rotatorisch antreibbarem Gleitelement (134) aufweist, das im Gehäuse (111) drehbar und gleitverschieblich gehalten und mit dem Betätigungsglied (120) zu dessen Axialverschiebung verbunden ist, und daß zwischen dem Gehäuse (111) und dem Gleitelement (134) Mittel (138, 139, 140) vorgesehen sind, mittels denen eine Drehung des Gleitelements (134) in eine Translationsbewegung umformbar ist.
  23. Abgasrückführventil nach 22,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Mittel (138) aus Gewindegängen des Gehäuses (111) und des Gleitelements (134) bestehen.
  24. Abgasrückführventil nach Anspruch 23,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in den Gewindegang des Gehäuses (111) und/oder des Gleitelements (134) Kugeln eingreifen, z. B. darin enthalten sind.
  25. Abgasrückführventil nach Anspruch 24,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kugeln in einer Kugelbüchse gehalten sind, die radial zwischen dem Gehäuse (111) und dem Gleitelement (134) angeordnet ist.
  26. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 22 bis 25,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gleitelement (134) zumindest eine schraubenlinienartig verlaufende Außennut (139) aufweist.
  27. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 22 bis 26,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am Gehäuse (111) mindestens ein Vorsprung (140) gehalten ist, der in den Gewindegang, z. B. die Außennut (139), eingreift.
  28. Abgasrückführventil nach Anspruch 27,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der mindestens eine Vorsprung (140) als Rollkörper, z.B. als Kugel oder um eine radiale Achse drehbarer Drehkörper,ausgebildet ist.
  29. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 26 bis 28,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Außennut (139) etwa trapezförmig und/oder der mindestens eine Vorsprung (140), insbesondere Rollkörper, etwa kegelstumpfförmig ausgebildet sind.
  30. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 22 bis 29,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gleitelement (134) relativ zur Abtriebswelle (126) des Antriebes (125) axial verschiebbar ist, insbesondere einen etwa koaxialen Schlitz (144) enthält, in den die Abtriebswelle (126) eingreift und in dem ein Koppelglied (145) am Ende der Abtriebswelle (126) undrehbar aber verschiebbar lagert.
  31. Abgasrückführventil nach einem der Ansprüche 22 bis 30,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Betätigungsglied (120) am Gleitelement (134) drehbar gehalten ist.
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