EP0930428B1 - Abgasrückführventil - Google Patents

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EP0930428B1 EP98120712A EP98120712A EP0930428B1 EP 0930428 B1 EP0930428 B1 EP 0930428B1 EP 98120712 A EP98120712 A EP 98120712A EP 98120712 A EP98120712 A EP 98120712A EP 0930428 B1 EP0930428 B1 EP 0930428B1
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gas recirculation
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recirculation valve
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    • F02M26/66—Lift valves, e.g. poppet valves
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    • F02M26/66—Lift valves, e.g. poppet valves
    • F02M26/69—Lift valves, e.g. poppet valves having two or more valve-closing members

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas recirculation valve according to the preamble of the main claim.
  • Such an exhaust gas recirculation valve known from DE 43 38 192 A1 measures for reduction NOx emissions and to improve consumption in diesel engine exhaust depending on the operating point or map point of the intake engine combustion air to.
  • the exhaust gas recirculation valve is in a connecting line between the engine exhaust line and suction line, preferably arranged directly on the intake manifold.
  • the exhaust gas recirculation valve can be operated pneumatically or electrically. When the A coil builds up a magnetic field and moves the armature, which in turn hits against one Closing spring opens the valve via a valve rod.
  • pneumatically operated Exhaust gas recirculation valve is created by applying a vacuum to the valve rod connected membrane opened the valve against a spring. A reverse direction of work is possible.
  • the valve can be equipped with only one seat, but has in the illustrated, electrical Version for boost pressure compensation (and thus to reduce the required Positioning force) two seats connected in series.
  • the valve is used to meter the amount of exhaust gas returned to the intake air position control via a potentiometer e.g. from the electromagnetic actuator in brought a defined opening position. With a pneumatic valve with position feedback the pressure in the working chamber is regulated accordingly.
  • WO95 / 19497 describes an electromagnetically operated exhaust gas recirculation valve, in which a valve plate connected to a valve rod interacts with a valve seat and a connection from the exhaust duct to the intake pipe of an internal combustion engine masters, with a head arranged at the free end of the valve rod is in constant operative connection with an actuating anchor.
  • An operating parameter processing computer determines depending on the operating state of the Internal combustion engine, the opening position by means of a force acting against the force of a spring Drive.
  • exhaust gas recirculation especially of relatively cold exhaust gas, e.g. B. in operating conditions, in which the engine is not yet warmed up or with the help of exhaust gas cooling of heat exchangers to reduce NOx emissions, deposits occur of soot, paint and condensate in the area of the exhaust gas recirculation valve.
  • the invention has for its object this costly and environmentally harmful Avoid disturbance of the exhaust gas recirculation system.
  • the exhaust gas recirculation valve 1 is mounted on a suction pipe, not shown, in such a way that the exhaust gas inlet 2 is arranged in a chamber separate from the outlets 3.
  • a coil 4 is arranged in the drive head 5. This cooperates with an armature 6, which acts against the force of a spring 7 in Operational connection with a valve rod 9 carrying the valve plate 8 is to be brought.
  • the armature 6 interacts with a device 10 for position feedback, the output of which a computer, not shown, which processes further operating parameters is the opening adjustment of the exhaust gas recirculation valve and thus the recirculated Exhaust gas quantity determined.
  • the valve plate 8 cooperate with the valve seats 11.
  • the exhaust gas recirculation valve can also have a valve seat and a valve disk be executed.
  • the valve rod 9 is loaded by a spring 12 in the closing direction. In order to open the exhaust gas recirculation valve even when the valve disc and are stuck To ensure valve seat, the valve works as described below.
  • valve plate (s) 8 shows a further embodiment of the exhaust gas recirculation valve according to the invention.
  • the "cracking" of the valve plate (s) 8 occurs a separate plate magnet armature 6 by a spring 7 from the head 13 and one Plate magnet 15 is spaced.
  • the proportional delivery of the head 13 and thus the proportional opening of the or the valve plate 8 is by a proportional magnet armature 16, which is by a spring 17th is biased against the valve head 13 causes.
  • This embodiment offers the advantage that the plate magnet has high positioning forces the valve opens over short distances, then the proportional magnet armature 16 the proportional Allow delivery.
  • the proportion anchor 16 is therefore not high sudden forces are stressed, which benefits the service life and the delivery accuracy comes.
  • an exhaust gas recirculation valve with position feedback the thickness of the deposits on the valve plate and valve seat in an adaptive process step is stored in the computer from time to time, so that the metering accuracy through appropriate consideration in the valve lift.
  • the drive head 5 as Known pneumatic actuator can be formed by a membrane in two Chambers is divided and an attachment attached to the membrane plates the effect of Anchor 6 takes over while storing the kinetic energy during acceleration and strikes the head 13 of the valve rod 9 as soon as the one controlled by a valve Working chamber is subjected to negative pressure.
  • the membrane acts under the effect of arranged in the working chamber spring 7 back to the starting position and the The process can be repeated.
  • the working chamber must be on the valve rod 9 facing side of the drive head 5 and the atmospheric ventilated Opposite chamber.
  • this can Breakaway process described after establishing a corresponding intake manifold vacuum after the first revolutions after starting the internal combustion engine.
  • the negative pressure can, however, also by a mechanically or electromotively driven vacuum pump be generated.
  • the exhaust gas recirculation valve works, be it electromagnetically or pneumatically driven, like one from the prior art Technology known valve.
  • the drive head is controlled by the computer that the freewheel 'X' run against the force of the spring 7 at the usual actuating speed is so that there is no blow and after reaching the one shown in Fig. 2 Position in which the attachment 14 is in operative connection with the head 13 of the valve rod 9 the actual adjustment process begins, d. H. the exhaust gas recirculation valve 1 will be opened.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein solches aus der DE 43 38 192 A1 bekanntes Abgasrückführventil misst zur Reduzierung der NOx-Emissionen und zur Verbrauchsverbesserung beim Dieselmotor Motorabgas betriebspunkt- bzw. kennfeldpunktabhängig der angesaugten Motorverbrennungsluft zu. Dazu ist das Abgasrückführventil in eine Verbindungsleitung zwischen Motorabgasleitung und Ansaugleitung, bevorzugt direkt am Saugrohr, angeordnet. Das Abgasrückführventil kann pneumatisch oder elektrisch betätigt werden. Bei Bestromung der Spule baut sich ein Magnetfeld auf und bewegt den Anker, der wiederum gegen eine Schliessfeder über eine Ventilstange das Ventil öffnet. Beim pneumatisch betätigten Abgasrückführventil wird durch Unterdruckbeaufschlagung einer mit der Ventilstange verbundenen Membran das Ventil gegen eine Feder geöffnet. Eine umgekehrte Arbeitsrichtung ist möglich.
Das Ventil kann mit nur einem Sitz ausgerüstet sein, hat aber in der dargestellten, elektrischen Ausführung zur Ladedruckkompensation (und damit zur Reduzierung der erforderlichen Stellkraft) zwei in Reihe geschaltete Sitze. Zur kennfeldabhängigen, genaueren Dosierung der zur Ansaugluft zurückgeführten Abgasmenge wird das Ventil mit Hilfe einer Lageregelung über ein Potentiometer z.B. vom elektromagnetischen Stellmotor in eine definierte Öffnungsstellung gebracht. Bei einem pneumatischen Ventil mit Lagerückmeldung wird der Druck in der Arbeitskammer entsprechend geregelt.
In der WO95/19497 wird ein elektromagnetisch betätigtes Abgasrückführventil beschrieben, bei dem ein mit einer Ventilstange verbundener Ventilteller mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und eine Verbindung vom Abgaskanal zur Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine beherrscht, wobei am freien Ende der Ventilstange ein Kopf angeordnet ist, der in ständiger Wirkverbindung mit einem Betätigungsanker steht. Ein Betriebsparameter verarbeitender Rechner bestimmt dabei abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die öffnungsstellung mittels eines gegen die Kraft einer Feder wirkenden Antriebs.
Durch Abgasrückführung besonders von relativ kaltem Abgas, z. B. bei Betriebsbedingungen, in denen der Motor noch nicht betriebswarm ist oder bei Abgaskühlung mit Hilfe von Wärmetauschern zur Verringerung der NOx-Emissionen, kommt es zu Ablagerung von Russ, Lack und Kondensat im Bereich des Abgasrückführventils.
Diese Rückstände beaufschlagen auch die Dichtflächen am Ventilsitz und Ventilteller und führen in Phasen, in denen das Abgasrückführventil längere Zeit geschlossen ist, wie
z. B. beim nächtlichen Abstellen des Fahrzeugs, zu Verklebungen zwischen Ventilsitz und -teller, die die maximale Öffnungskraft des elektromagnetischen Stellmotors bzw. der pneumatischen Membrandose um das Mehrfache übersteigen.
Das Ventil lässt sich nicht mehr öffnen, die Funktion ist vollständig gestört, was die Umwelt belastet und einen Werkstattbesuch erforderlich macht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese kostenträchtige und umweltbelastende Störung des Abgasrückführsystems zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemässen Abgasrückführventil durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigen im Schnitt:
Fig. 1
ein Abgasrückführventil im Ruhezustand,
Fig. 2
ein Abgasrückführventil im Anschlagzustand,
Fig. 3
ein Abgasrückführventil im geöffneten Zustand,
Fig. 4
eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Abgasrückführventils.
Das Abgasrückführventil 1 ist an einem nicht dargestellten Saugrohr so montiert, dass der Abgaseinlass 2 in einer von den Auslässen 3 getrennten Kammer angeordnet ist. Bei einem elektromagnetischen Abgasrückführventil ist eine Spule 4 im Antriebskopf 5 angeordnet. Diese wirkt mit einem Anker 6 zusammen, der gegen die Kraft einer Feder 7 in Wirkverbindung mit einer die Ventilteller 8 tragenden Ventilstange 9 zu bringen ist.
Der Anker 6 wirkt mit einer Einrichtung 10 zur Lagerückmeldung zusammen, deren Ausgang einem nicht dargestellten, weitere Betriebsparameter verarbeitenden Rechner zugeführt wird, der die Öffnungsverstellung des Abgasrückführventils und damit die rückgeführte Abgasmenge bestimmt. Die Ventilteller 8 wirken mit den Ventilsitzen 11 zusammen. Das Abgassrückführventil kann auch mit einem Ventilsitz und einem Ventilteller ausgeführt sein. Die Ventilstange 9 ist durch eine Feder 12 in Schliessrichtung belastet. Um ein Öffnen des Abgasrückführventils auch bei Verklebung zwischen Ventilteller und Ventilsitz sicherzustellen, arbeitet das Ventil wie nachfolgend beschrieben.
In Ruhestellung ist zwischen dem Anker 6 und dem Kopf 13 der Ventilstange 9 unter Wirkung der zwischen diesen beiden Bauteilen wirkenden Feder 7 ein Freiweg, der mit 'X' in der Fig. 1 bezeichnet ist. Wenn die Magnetspule 4 schlagartig voll mit Strom beaufschlagt wird, so baut sich das Magnetfeld schnell auf und der Anker 6 wird gegen die Feder 7 hoch beschleunigt und schlägt am Ende seines Weges mit z. B. einem Ansatz 14 auf den Kopf 13 der Ventilstange. Bei Stromabschaltung geht der Anker zurück. Durch einmaliges Betätigen oder mehrmaliges Wiederholen dieses Vorgangs in kurzen Abständen 'hämmert' der Anker auf die Ventilstange und eine eventuelle Verklebung zwischen Ventilteller 8 und Ventilsitz 11 wird gelöst. Je nach Programm kann dieses 'Hämmern' stets mit Einschaltung der Zündung erfolgen oder nur dann,w enn bei normaler z. B. pulsweitenmodulierter Ansteuerung des Elektromagneten mit Hilfe eines Soll/Ist-Vergleichs über die Lagerückmeldung festgestellt wurde, dass die Soll-Position nicht eingestellt wurde.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Abgasrückführventils. Bei dieser Ausführungsform wird das "Knacken" des oder der Ventilteller 8 durch einen separaten Plattenmagnetanker 6, der durch eine Feder 7 vom Kopf 13 und einem Plattenmagneten 15 beabstandet ist, bewirkt.
Die proportionale Zustellung des Kopfes 13 und damit das proportionale Öffnen des oder der Ventilteller 8 wird durch einen Proportionalmagnetanker 16, der durch eine Feder 17 gegen den Ventilkopf 13 vorgespannt ist, bewirkt.
Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Plattenmagnet durch hohe Stellkräfte über kurze Wege das Ventil öffnet, um dann dem Proportionalmagnetanker 16 die proportionale Zustellung zu erlauben. Der Proportionanker 16 wird also nicht durch hohe schlagartige Kräfte belastet, was der Lebensdauer und der Zustellgenauigkeit zugute kommt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei einem Abgasrückführventil mit Lagerückmeldung die Stärke der Ablagerungen an Ventilteller und Ventilsitz in einem adaptiven Verfahrensschritt im Rechner von Zeit zu Zeit abgelegt wird, so dass die Zumessgenauigkeit durch eine entsprechende Berücksichtigung im Ventilhub erhalten bleibt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die nicht dargestellt ist, kann der Antriebskopf 5 als bekannter pneumatischer Stellmotor ausgebildet sein, der durch eine Membran in zwei Kammern geteilt ist und ein an den Membrantellern befestigter Ansatz die Wirkung des Ankers 6 unter Speicherung der kinetischen Energie bei der Beschleunigung übernimmt und auf den Kopf 13 der Ventilstange 9 schlägt, sobald die von einem Ventil angesteuerte Arbeitskammer mit Unterdruck beaufschlagt wird.
Bei atmosphärischer Belüftung der Arbeitskammer geht die Membran unter Wirkung der in der Arbeitskammer angeordneten Feder 7 in die Ausgangsstellung zurück und der Vorgang kann wiederholt werden. Die Arbeitskammer muss auf der zur Ventilstange 9 gerichteten Seite des Antriebskopfes 5 angeordnet sein und die atmosphärisch belüftete Kammer entgegengesetzt. Bei derAusführung mit pneumatischem Stellmotor kann dieser beschriebene Losbrechvorgang nach Aufbau eines entsprechenden Saugrohrunterdrucks nach den ersten Umdrehungen nach Start der Brennkraftmaschine einsetzen. Der Unterdruck kann jedoch auch durch eine mechanisch oder elektromotorisch angetriebene Vakuumpumpe erzeugt sein. Nach dem Losbrechvorgang arbeitet das Abgasrückführventil, sei es elektromagnetisch oder pneumatisch angetrieben, wie ein aus dem Stand der Technik bekanntes Ventil. Dann wird der Antriebskopf vom Rechner so angesteuert, dass der Freilauf 'X' gegen die Kraft der Feder 7 mit üblicher Stellgeschwindigkeit überfahren wird, so dass es keinen Schlag gibt und nach Erreichung der in Fig. 2 dargestellten Position, in der der Ansatz 14 in Wirkverbindung mit dem Kopf 13 der Ventilstange 9 gekommen ist, beginnt der eigentliche Verstellvorgang, d. h. das Abgasrückführventil 1 wird geöffnet.

Claims (9)

  1. Abgasrückführventil mit mindestens einem mit einer Ventilstange (9) verbundenen Ventilteller, (8) der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und die Verbindung des Abgaskanals zur Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine beherrscht, wobei am freien Ende der Ventilstange (9) ein Kopf angeordnet ist und ein Betriebsparameter verarbeitender Rechner in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die öffnungsstellung des Abgasrückführventils mittels eines gegen die Kraft einer Feder wirkenden Antriebes bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil (6) vorgesehen ist, in dem kinetische Energie speicherbar ist, die nach Durchlaufen eines Freiwegs 'X' auf den einem Kopf (13) am freien Ende der Ventilstange (9) übertragbar ist.
  2. Abgasrückführventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (6) als Anker eines Elektromagneten ausgebildet ist, der im Ruhezustand mittels einer Feder (7) zum Kopf (13) der Ventilstange (9) beabstandet ist.
  3. Abgasrückführventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) als Proportionalanker ausgeführt ist, der im Anschlagzustand eine proportionale Zustellung des Kopfes (13) ermöglicht.
  4. Abgasrückführventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) als Plattenmagnetanker ausgeführt ist, dem ein Plattenmagnet (15) zugeordnet ist, wobei ein Proportionalmagnetanker (16) gegen den Kopf (13) durch eine Feder (17) vorgespannt ist.
  5. Abgasrückführventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (6) bei einem pneumatischen Antrieb (5) als an einer zwei Membrankammern trennenden Membran angeordnete Membranteller ausgebildet ist, die mittels einer Feder (7) zum Kopf (13) der Ventilstange (9) beabstandet ist.
  6. Abgasrückführventil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Bauteils (6) mittels einer Lagerückmeldung (10) an den Rechner gegeben wird.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführventils nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Start der Brennkraftmaschine ein oder mehrere Abläufe des Aufladens des Bauteils (6) mit kinetischer Energie und des Entladens durch einen Stoss erfolgen.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführventils nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Start der Brennkraftmaschine und einem Ventilöffnungsbefehl durch einen Soll/Ist-Vergleich der Position des Proportionalmagnetankers (6, 16) bei Feststellung einer Ventilverklebung ein oder mehrere Abläufe des Aufladens des Bauteils (6) mit kinetischer Energie und des Entladens durch einen Stoss initiiert werden.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Abgasrückführventils nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abgasrückführventil mit Lagerückmeldung die Stärke der Ablagerungen am Ventilteller (8) und Ventilsitz (11) in einem adaptiven Verfahrenschritt im Rechner abgelegt werden.
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