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Die
Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung
für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse,
in dem ein Einlass, zwei nebeneinander angeordnete Durchtrittsöffnungen
und zwei Auslässe ausgebildet sind oder ein Auslass, zwei
nebeneinander angeordnete Durchtrittsöffnungen und zwei Einlässe
ausgebildet sind, mit zwei Schließkörpern, die
die jeweils zwischen Einlass und Auslass liegenden Durchtrittsöffnungen
beherrschen und fest mit einem Bewegungsübertragungselement
verbunden sind, mit einem Aktuator, über den beide Bewegungsübertragungselemente
antreibbar sind und mit einer getrieblichen Umformeinrichtung, über
die die Bewegung des Aktuators auf die Bewegungsübertragungselemente übertragbar
ist.
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Derartige
Abgasrückführvorrichtungen werden beispielsweise
in Abgasrückführsystemen mit Abgaskühler
und Bypassleitung benutzt, um den rückgeführten
Abgasstrom in die Bypassleitung oder den Abgaskühler getrennt
voneinander regeln zu können. Solche Systeme dienen insbesondere
der schnelleren Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine und führen
so zu einem verminderten Schadstoffausstoß.
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So
ist aus der
DE 100
25 877 C2 eine Abgasrückführvorrichtung
bekannt, bei der zwei übereinander angeordnete, von Ventilschließgliedern
beherrschte Durchtrittsöffnungen zwei Auslässe
von einem Einlass trennen. Dabei verläuft die Ventilstange des
ersten Ventilschließgliedes innerhalb der rohrförmig
ausgestalteten Ventilstange des zweiten Ventilschließgliedes. Über
einen pneumatisch betätigten Aktuator mit zwei Evakuierungsräumen
können die Ventile getrennt voneinander geregelt bewegt
werden. Eine derartige Ausführung entspricht jedoch im Wesentlichen
durch die zwei anzusteuernden Evakuierungsräume der Stellvorrichtung
zwei Stellvorrichtungen in einem Gehäuse.
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Aus
der
DE 198 12 702
A1 ist ebenfalls eine Ventilanordnung zur Steuerung eines
zurückgeführten Abgasstroms bekannt, bei der zwei
Ventilschließglieder beweglich auf einer Ventilstange angeordnet sind,
wobei diese über eine Feder in Schließrichtung vorgespannt
sind. Die Durchtrittsöffnungen dieser Anordnung liegen
vertikal übereinander. Eine Öffnung des ersten
Ventils erfolgt immer erst nach einem Verschluss des zweiten Ventils,
so dass eine getrennte kontinuierliche Regelung des Abgasstroms
in beide Auslässe möglich ist. Je nach Anordnung
der Leitungen und vorhandenem Bauraum kann es jedoch notwendig sein,
die Durchtrittsöffnungen nebeneinander anzuordnen.
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Ein
derartiges Ventilsystem mit nebeneinander angeordneten, von einem
Ventilschließglied beherrschten Durchtrittsöffnungen
ist aus der
DE 102 21
711 A1 bekannt. Über einen Elektromotor mit angetriebenem
Excenter wird hierbei die rotatorische Bewegung der Motorwelle über
eine getriebliche Umformeinrichtung mit mehreren Excentern in eine
lineare Hubbewegung zweier Ventilglieder umgewandelt. Je nach Stellung
der Excenter zueinander folgt hieraus eine synchrone oder asynchrone
Betätigung der Ventile. Somit ist ein derartiges Ventilsystem
jedoch nicht geeignet, einen Abgasstrom in einen Bypasskanal oder
einen Abgaskühler zu regeln, da eine Bewegung des einen
Ventils ohne Bewegung des anderen Ventils nicht möglich
ist.
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Es
ergibt sich daher die Aufgabe, eine Abgasrückführungsrichtung
mit nur einem Aktuator zu schaffen, die geeignet ist, den Abgasstrom
zu einem von zwei unterschiedlichen Einlässen oder Auslässen
kontinuierlich zu regeln während das jeweils andere Ventil
geschlossen ist. Dabei sollen die beiden Durchtrittsöffnungen
zwischen Einlass und Auslass horizontal nebeneinander angeordnet
werden können. Des Weiteren sollen nicht zur Absperrung
dienende Bauteile außerhalb des Abgasstroms angeordnet
werden.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die getriebliche Umformeinrichtung
ein Differentialgetriebe aufweist. Eine derartige getriebliche Umformeinrichtung
ermöglicht auf einfache Weise bei nur einem Antrieb eine
wahlweise Steuerung des freien Querschnitts auch bei nebeneinander
angeordneten Durchtrittsöffnungen. Das Getriebe als auch
Vorspannfedern können außerhalb des Abgas führen Bereiches
angeordnet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schließkörper
als Ventilschließglieder ausgebildet und die Bewegungsübertragungselemente
als Ventilstangen ausgebildet, die im Anschlussbereich an die getriebliche
Umformeinrichtung Außenverzahnungen aufweisen, die mit
je einem Abtriebszahnrad der getrieblichen Umformeinrichtung kämmen.
Eine solche Ausführung mit Hubventilen ermöglicht
eine sehr genaue Dosierung und ist einfach in der Herstellung und
Montage.
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In
einer hierzu alternativen Ausführungsform sind die Schließkörper
als Klappen ausgebildet und die Bewegungsübertragungselemente
als Wellen ausgebildet, auf deren einem Ende im Anschlussbereich
an die getriebliche Umformeinrichtung jeweils ein Zahnrad angeordnet
ist. Eine derartige Ausführung ist insbesondere bei größeren
zu beherrschenden Durchtrittsöffnungen vorteilhaft.
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In
einer zur ersten Alternative weiterführenden Ausführungsform
weist die getriebliche Umformeinrichtung ein Antriebsritzel auf,
welches auf einer Antriebswelle des Aktuators angeordnet ist und
mit einem Antriebszahnrad am Außenkäfig des Differentialgetriebes
kämmt, wobei die zwei Abtriebszahnräder auf zwei
Ausgangswellen des Differentialgetriebes angeordnet sind und an
radial gegenüberliegenden Seiten der beiden Ventilstangen
in die Verzahnungen eingreifen. Eine derartige Ausführung
benötigt lediglich einen geringen Bauraum und weist eine hohe
funktionale Zuverlässigkeit auf, da die gesamten Bauteile
zum Antrieb außerhalb des heißen Abgas durchströmten
Bereichs angeordnet werden können, wodurch Rußablagerungen
zuverlässig vermieden werden.
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Vorzugsweise
sind die Schließkörper über außerhalb
des Abgas durchströmten Bereichs angeordnete Federelemente
in Schließrichtung belastet, so dass auch hier Verschmutzungen
vermieden werden können. So kann eine kontinuierliche Vorspannung
der Schließglieder in Schließrichtung erreicht werden,
wodurch auch die Funktion des Differenzialgetriebes unterstützt
wird.
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In
einer bevorzugten Anwendung ist der erste Auslass oder Einlass mit
einem Bypasskanal verbunden und der zweite Auslass oder Einlass
mit einem Abgaskühler verbunden. So können die
unterschiedlichen Abgasströme unabhängig voneinander über
nur einen Aktuator geregelt werden und somit das Temperaturmanagement
zur Verminderung der Schadstoffemissionen verbessert werden.
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Es
wird somit eine Abgasrückführvorrichtung zur Verfügung
gestellt, mit der auch bei nebeneinander angeordneten Durchtrittsöffnungen
dennoch eine kontinuierliche Regelung zweier Abgasströme
mittels zweier Schließkörper über nur
einen Aktuator möglich ist. Zusätzlich weist diese
Vorrichtung eine hohe Lebensdauer aufgrund der geringen Belastungen durch
Verschmutzung bei hohen Temperaturen auf, da die zur Bewegung notwendigen
Bauteile außerhalb des Abgasstroms angeordnet werden können.
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Eine
erfindungsgemäße Ausführung einer Abgasrückführvorrichtung
ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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1 zeigt
eine skizzierte dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen
Abgasrückführvorrichtung mit aufgeschnittem Gehäuse.
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2 zeigt
eine Seitenansicht der Abgasrückführvorrichtung
aus 1 in geschnittener Darstellung.
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3 zeigt
eine Seitenansicht eines einfach aufgebauten Differenzialgetriebes,
wie es in einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung
verwendet werden könnte.
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Die
in den 1 und 2 dargestellte Abgasrückführvorrichtung
besteht aus einem Gehäuse 1, in dem ein Einlass 2 sowie
zwei Auslässe 3, 4 ausgebildet sind. Über
den Einlass 2 gelangt Abgas aus einer nicht dargestellten
Abgasrückführleitung in das Gehäuse 1,
in dem zwei Durchtrittsöffnungen 5, 6 horizontal
nebeneinander angeordnet sind, über die das Abgas vom Einlass 2 zu
den Auslässen 3, 4 strömen kann.
Dabei ist der erste Auslass 3 beispielsweise mit einer
Leitung verbunden, die zu einem Abgaskühler führt,
während der Auslass 4 mit einem Bypasskanal verbunden
ist.
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Die
Durchtrittsöffnungen 5, 6 sind von am Gehäuse 1 ausgebildeten
Ventilsitzen 7, 8 umgeben, die mit Schließkörpern
zusammenwirken, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Ventilschließglieder 9, 10 ausgebildet
sind. Dabei beherrscht das Ventilschließglied 9 die
Durchtrittsöffnung 5, um eine fluidische Verbindung
des Einlasses 2 mit dem Abgaskühler unterbrechen
zu können, während das Ventilschließglied 10 die
Durchtrittsöffnung 6 zum Bypasskanal beherrscht.
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Die
Ventilschließglieder 9, 10 sind fest
auf einem ersten Ende von Bewegungsübertragungselementen
in Form von Ventilstangen 11, 12 angeordnet, die
durch das Gehäuse 1 in einen Getrieberaum 13 ragen.
Die Ventilstangen 11, 12 weisen an ihrem entgegengesetzten
zweiten Ende jeweils eine Außenverzahnung 14, 15 auf,
in welche jeweils ein Abtriebszahnrad 16, 17 einer
getrieblichen Umformeinrichtung 18 greift. Die Außenverzahnung 14 der
Ventilstange 11 ist im eingebauten Zustand radial gegenüberliegend
zur Außenverzahnung 15 der Ventilstange 12 ausgebildet,
so dass für den Betrachter der 2 die Außenverzahnung 14 auf
der Frontseite der Ventilstange 11 ausgebildet ist, während
die Außenverzahnung 15 auf der Rückseite
der Ventilstange 12 ausgebildet ist. Dementsprechend sind
auch die Abtriebszahnräder 16, 17 angeordnet,
welche zumindest drehfest jeweils auf einer Ausgangswelle 19, 20 eines
Differenzialgetriebes 21 angeordnet sind.
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Der
Antrieb des Differenzialgetriebes 21 erfolgt über
einen Aktuator 22, auf dessen Antriebswelle 23 ein
Antriebsritzel 24 zumindest drehfest angeordnet ist, welches
mit einem Antriebszahnrad 25 kämmt, das fest mit
einem Außenkäfig 26 des Differenzialgetriebes 21 verbunden
ist.
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In
der 2 ist zusätzlich zu erkennen, dass an
den Ventilstangen 11, 12 jeweils eine umlaufende Nut 27, 28 ausgebildet
ist, über die jeweils ein Federteller 29, 30 an
der Ventilstange 11, 12 befestigt ist. Zwischen
dem Federteller 29, 30 und dem Gehäuse 1 ist
jeweils einen Federelement 31, 32 in Form einer Schraubenfeder
eingespannt, welche auf diese Weise die Ventilschließglieder 9, 10 in
Schließrichtung belastet.
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Zusätzlich
weist das Gehäuse 1 zur Durchführung
der Ventilstangen 11, 12 zwei Durchgangsbohrungen 33, 34 auf,
in denen jeweils eine Lagereinheit 35, 36 zur
verschieblich gelagerten Aufnahme der Ventilstangen 11, 12 angeordnet
ist.
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In
der 3 ist beispielhaft ein Differenzialgetriebe dargestellt,
wie es erfindungsgemäß für eine Abgasrückführvorrichtung,
wie in den 1 und 2 dargestellt,
benutzt werden könnte. Hierbei ist das Antriebszahnrad 25,
wie vorbeschrieben, fest auf einem Außenkäfig 26 angeordnet,
auf dessen Umfang zwei Bohrungen 37, 38 ausgebildet
sind, in denen zwei ins Innere des Außenkäfigs
ragende Bolzen 39, 40 befestigt sind, auf denen
jeweils ein Kegelrad 41, 42 drehbeweglich angeordnet
ist. An seinen axialen Enden weist der Außenkäfig 26 ebenfalls
zwei Durchgangsbohrungen 43, 44 auf, durch die
die Ausgangswellen 19, 20 ins Innere des Außenkäfigs 26 ragen,
wobei auf den in das Innere des Außenkäfigs 26 ragenden
Enden der Ausgangswellen 19, 20 ebenfalls Kegelräder 45, 46 befestigt
sind, die mit den Kegelrädern 41, 42 in
Eingriff sind.
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Bei
einer Drehung des Antriebszahnrades 25 und somit des Außenkäfigs 26 wird
diese Bewegung über die Kegelräder 41, 42 auf
die Kegelräder 45, 46 und somit auf die
Ausgangswellen 19, 20 übertragen, so
dass diese sich in gleichem Drehsinn wie das Antriebszahnrad 25 und
gleich schnell wie dieses drehen. Wird jedoch eine der Ausgangswellen 19, 20 festgehalten,
so bewirkt eine Drehung des Antriebszahnrades 25, dass
sich die andere der beiden Ausgangswellen 20, 19 in
gleichem Drehsinn jedoch mit doppelter Drehzahl wie das Antriebszahnrad 25 dreht.
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Übertragen
auf die Verwendung eines derartigen Differenzialgetriebes 21 in
einer Abgasrückführvorrichtung, wie sie in den 1 und 2 dargestellt
ist, bedeutet dies, dass jeweils nach dem Aufliegen des ersten Ventilschließgliedes 9 auf
dem zugehörigen Ventilsitz 7 das zweite Ventilschließglied 10 in
seine geöffnete Stellung verschoben wird.
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Bei
der folgenden Beschreibung wird als Ausgangspunkt gewählt,
dass das erste Ventilschließglied 9 auf den Ventilsitz 7 aufliegt,
während sich das zweite Ventilschließglied 10 in
der geöffneten Stellung befindet.
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Wird
hiervon ausgehend der Aktuator 22 in die entgegengesetzte
Richtung gedreht, wird entsprechend auch der Außenkäfig 26 des
Differenzialgetriebes 21 gedreht. Ohne von außen
auftretende Kräfte hätte dies zur Folge, dass
sich beide Ausgangswellen 19, 20 in gleicher Richtung
drehen, wodurch sich aufgrund der entgegengesetzten Anordnung der
Abtreibszahnräder 16, 17 an den unterschiedlichsten
radialen Seiten der Ventilstangen 11, 12, das
Ventilschließglied 10 in Schließrichtung
und das Ventilschließglied 9 in Öffnungsrichtung
bewegen würden. Durch das Federelement 31 wirkt
jedoch eine Schließkraft auf das Ventilschließglied 9,
so dass dieses in der die Durchtrittsöffnung 5 verschließenden
Stellung verharrt während das Ventilschließglied 10 mit
doppelter Geschwindigkeit in die die Durchtrittsöffnung 6 verschließende
Stellung gezogen wird bis das Ventilschließglied 10 am
Ventilsitz 8 anliegt. Durch dieses Anliegen am Ventilsitz 8 wird die
zweite Ausgangswelle 20 festgehalten, wodurch das Differenzialgetriebe 21 sein
Drehmoment über die Ausgangswelle 19 unter Überwindung
der Federkraft des Federelementes 29 auf die Ventilstange 11 überträgt,
so dass diese sich vom Ventilsitz 7 löst und die
erste Durchtrittsöffnung 5 freigibt. Nach dem
vollständigen Öffnen der Durchtrittsöffnung 5 muss
der Aktuator in entgegengesetzter Richtung die Antriebswelle 23 drehen,
um das Ventilschließglied 9 wieder in seine die
Durchtrittsöffnung 5 verschließende Stellung
zu bewegen. Der beschriebene Vorgang erfolgt nun in umgekehrter
Richtung.
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Durch
diese Anordnung ist es somit möglich, jeweils eines der
Ventilschließglieder 9, 10 in eine Stellung
zu bewegen, die einem gewünschten Volumenstrom zu dem entsprechenden
Auslass 3, 4 entspricht.
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Entsprechend
wird auf einfache Weise eine kontinuierliche Regelung des Durchflussquerschnitts nebeneinander
liegender Durchtrittsöffnungen 5, 6 zur
Regelung eines Abgasstroms zu zwei verschiedenen Auslässen 3, 4 ermöglicht.
Bei einer Verwendung in einem AGR-Kühler-Bypass-Kreislauf
kann somit bei Kaltstart des Verbrennungsmotors zur schnelleren
Aufheizung zunächst der Bypass geöffnet werden
und anschließend der Abgasstrom in seiner Menge geregelt
gekühlt werden. Dabei ist die gesamte betriebliche Umformeinrichtung 18 einschließlich
der Federelemente 31, 32 außerhalb des
heißen Abgasstroms zur Verhinderung von Rußablagerungen
an sich bewegenden Bauteilen angeordnet.
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Es
sollte deutlich sein, dass verschiedene konstruktive Änderungen
innerhalb des Schutzbereiches des Hauptanspruches möglich
sind. So können die Schließkörper beispielsweise
als Klappen ausgebildet werden, die über zwei Wellen drehbar
angeordnet sind, auf denen sich jeweils drehfest ein Zahnrad befindet,
das wiederum mit je einem der Abtriebszahnräder des Differenzialgetriebes
kämmen. Selbstverständlich ist auch die Ausführung
des Differenzialgetriebes in zur 3 unterschiedlicher
Art und Weise möglich. Auch ein Einsatz in einem anderen
Bereich als in einem AGR-Kühlerkreislauf ist möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10025877
C2 [0003]
- - DE 19812702 A1 [0004]
- - DE 10221711 A1 [0005]