DE19733964B4 - Ventilanordnung zur Steuerung eines rückgeführten Abgasstromes - Google Patents

Abstract

Ventilanordnung zur Steuerung eines extern rückgeführten Abgasstromes an einer Brennkraftmaschine, wobei die Ventilanordnung zwei Ventilsitze (12, 13) aufweist, denen jeweils ein Verschlußglied (16) zugeordnet ist und beide Verschlußglieder (16) auf einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus (17) angeordnet sind, welcher von einem Stellorgan (21) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Verschlußglieder (16) elastisch vorgespannt beweglich auf dem Betätigungsmechanismus (17) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zur Steuerung eines extern rückgeführten Abgasstromes an einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Aus WO 96/30635 sind mehrere schematische Anordnungen einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage und einem Abgaskühler bekannt, wobei aus dem Abgasstrang eine Abgasrückführleitung abzweigt, welche ihrerseits eine Y-förmige Verzweigung aufweist. In einem Zweig dieser Verzweigung ist ein Abgaskühler eingesetzt, während der andere Zweig einen Bypass für diesen Abgaskühler darstellt. Stromab des Abgaskühlers werden diese beiden verzweigten Wege erneut zusammengeführt, um entsprechend gekühltes oder ungekühltes, rückgeführtes Abgas in eine Luftansaugleitung der Brennkraftmaschine einzuleiten. Diese Zusammenführung weist entweder ein oder zwei von einer elektronischen Kontrolleinrichtung beherrschte, nur schematisch gezeigte Ventile auf.
• Die US 5.205.265 zeigt eine vergleichbare Anordnung mit einem Abzweig stromab eines Katalysators in einer Abgasanlage, wobei zunächst ein erstes Ventil den über diesen Abzweig rückgeführten Abgasstrom entweder über einen EGR-Kühler und anschließend über einen Abgasfilter leitet oder einen Bypass zu diesem EGR-Kühler schaltet.
• Des weiteren ist aus der gattungsfremden Deutschen Patentschrift DE-621 945 ein Leerlaufmengenregler für eine Brennkraftmaschine derart bekannt, daß in eine Gemisch zuführende Leitung zwei sich gegenüberliegende Ventilsitze eingearbeitet sind, auf welchen Ventilteller aufliegen. Diese beiden Ventilteller sind auf einer gemeinsamen Stange angeordnet. Bei geschlossener Drosselklappe und daher in der Gemischleitung herrschendem Unterdruck wirkt der atmosphärische Umgebungsdruck auf einen der Ventilteller im Öffnungssinne und öffnet diesen gegen eine dem anderen Ventilteller zugeordnete Feder um eine den Leerlauf sicherstellende Frischluftzufuhr zu gewährleisten. In dieser Anordnung sind beide Ventilteller fest auf der Verbindungsstange angeordnet und die Öffnungsbewegung beider Ventilteller erfolgt immer gemeinsam durch eine auf einen der Ventilteller wirkende Druckdifferenz.
• Aus der gattungsgemäßen DE 93 01 419 U1 ist eine Ventilanordnung zur Abgasrückführung bekannt, wobei diese Ventilanordnung zwei Ventilsitze aufweist, welchen jeweils ein Verschlußglied zugeordnet ist, wobei beide Verschlußglieder auf einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus angeordnet sind, welcher von einem Stellorgan betätigbar ist.
• Nachteilig hierbei ist es, dass diese Ventileinrichtung unflexibel bezüglich der Anordnung des Strömungspfades ist, über den das rückgeführte Abgas eingespeist wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ventilanordnung bereitzustellen, welche es in konstruktiv einfacher Ausführung ermöglicht, einen extern rückgeführten Abgasstrom wahlweise über einen Strömungspfad oder über einen weiteren Strömungspfad zu führen.
• Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ventilanordnung zwei Ventilsitze aufweist, denen jeweils ein Verschlußglied, vorzugsweise als kreisrunder Ventilteller ausgebildet, zugeordnet ist, wobei beide Verschlußglieder auf einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus angeordnet sind, welcher seinerseits von einem Stellorgan betätigbar ist. Zumindest eines der Verschlußglieder ist elastisch vorgespannt und beweglich auf dem Betätigungsmechanismus angeordnet.
• Vorteilhafterweise ist durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung ein Doppelsitzventil bereitgestellt, welches von einem gemeinsamen Stellorgan betätigbar entweder einen gekühlten oder den ungekühlten, rückgeführten Abgasstrom freigeben kann. Die bewegliche Anordnung von einem der Verschlußglieder, vorzugsweise gleitverschieblich, gewährleistet, daß bei Betätigung in einer Richtung ein Verschlußglied fest auf seinem Ventilsitz anliegt, während das andere Verschlußglied öffnet, während in der anderen Betätigungsrichtung das andere Verschlußglied fest auf seinem Ventilsitz aufliegt und das erstgenannte Verschlußglied öffnet.
• Vorzugsweise sind die Verschlußglieder als kreisrunde Ventilteller ausgebildet auf einer gemeinsamen Betätigungsstange eines Betätigungsmechanismus angeordnet. Diese Be tätigungsstange kann dabei die beiden Verschlußglieder zentral durchsetzen, wobei zur Vermeidung von exakt einzuhaltenden Toleranzen bevorzugt beide Verschlußglieder beweglich auf der Betätigungsstange angeordnet sind.
• Weiterhin wird das Stellorgan bevorzugt von einem der Brennkraftmaschine zugeordneten elektronischen Steuergerät in Abhängigkeit von mehreren Sensorsignalen angesteuert, so daß eine emissionsarme Betriebsweise der Brennkraftmaschine sichergestellt ist.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch entsprechende Ansteuerung des Stellorganes zusätzlich die rückgeführte Abgasmenge geregelt.
• Für eine besonders einfache bauliche Ausführung ist es bevorzugt vorgesehen, daß innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses abströmseitig von zwei Strömungspfaden die Ventilsitze angeordnet sind, wobei stromab dieser Ventilsitze ein gemeinsamer Ausströmpfad vorgesehen ist.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.
• Die Zeichnung zeigt an ihrem unteren Rand eine Abgasleitung 1 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, von welcher eine insgesamt mit 2 bezeichnete Rückführleitung zur externen Rückführung eines Teiles des Abgasstromes in eine am oberen Bildrand zu erkennende, Verbrennungsluft zuführende Luftleitung 3 abzweigt.
• Die Rückführleitung 2 verzweigt in einer Gabelung 4 in einen einen Abgaskühler 5 aufweisenden Leitungsabschnitt 6 und in einen parallel dazu angeordneten, als Bypass für den Abgaskühler 5 wirkenden Leitungsabschnitt 7.
• Der Abgaskühler 5 kann beispielsweise eine von Kühlwasser durchströmte Kühlschlange 8 aufweisen.
• Die Leitungsabschnitte 6 und 7 sind abschnittsweise in einem die erfindungsgemäße Ventilanordnung aufweisenden Gehäuse 9 ausgebildet. Dieses weist einen kanalartigen Strömungspfad 10 für den über den Abgaskühler 5 strömenden Abgasstrom und hiervon ge trennt einen weiteren, kanalartigen Strömungspfad 11 für den über den Bypass (Leitungsabschnitt 7) strömenden Abgasstrom auf.
• Abströmseitig münden beide Strömungspfade 10 und 11 in je einen Ventilsitz 12 und 13, welche von als kreisrunde Ventilteller 14 und 15 ausgebildeten Verschlußgliedern 16 beherrscht sind.
• Die beiden Ventilteller 14 und 15 sind gleitverschieblich auf einer einen Teil eines Betätigungsmechanismus 17 bildenden Betätigungsstange 18 angeordnet. Die Betätigungsstange 18 ist in einer Führungsbuchse 19 im Gehäuse 9 gelagert. An dieser Führungsbuchse 19 greift ein stark schematisiert gezeichneter Hebelmechanismus 20 an, welcher endseitig ein doppelseitig wirkendes Stellorgan 21 aufweist. Dieses Stellorgan 21 wird unter Zwischenschaltung eines nicht gezeigten Wandlers von einem elektronischen Steuergerät 25 angesteuert, welches seinerseits das Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine ist und eine Mehrzahl von Sensorsignalen aufnimmt und noch weitere, nicht gezeigte Komponenten der Brennkraftmaschine steuert bzw. regelt.
• Soll im Betrieb der Brennkraftmaschine beispielsweise im betriebswarmen Zustand und bei vergleichsweise hoher Last kein Abgas rückgeführt werden, so befindet sich die Ventilanordnung in der zeichnungsgemäßen Stellung, das heißt die Rückführleitung 2 ist durch Anlage der beiden Ventilteller 14 und 15 auf den ihnen zugeordneten Sitzen 12 und 13 gesperrt.
• Soll beispielsweise nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zur Emissionsverringerung Abgas rückgeführt werden, so ist eine Kühlung dieses Abgases zunächst unerwünscht und das Stellorgan 21 verschiebt die Betätigungsstange 18 nach links, wodurch diese über einen mittels eines Bundes 26 bereitgestellten Formschluß am Ventilteller 15 angreift und diesen von seinem Ventilsitz 13 abhebt. Hierbei wird zugleich eine zwischen den beiden Ventiltellern 14 und 15 koaxial zur Betätigungsstange 18 angeordnete Feder 27 zusammengedrückt, wodurch der Ventilteller 14 zusätzlich auf seinen Ventilsitz 12 gepreßt wird. Die Abgasrückführrate ist hierbei über den Stellweg des Stellorganes 21 einstellbar, das heißt letztendlich über die zwischen Ventilteller 15 und Ventilsitz 13 wirksame Querschnittsfläche.
• Ist aus Emissionsgründen eine Kühlung der rückgeführten Abgasmenge von Vorteil, so wird über das Steuergerät 25 das Stellorgan 21 in eine weitere Stellung derart verschoben, daß die Betätigungsstange 18 nach rechts verschoben wird, wodurch ein weiterer Bund 28 dieser Betätigungsstange 18 formschlüssig am Ventilteller 14 angreift und diesen von seinem Ventilsitz 12 abhebt, wobei zugleich über die zusammengepreßte Feder 27 der Ventilteller 15 auf seinen Ventilsitz 13 gepreßt wird.
• Wird also gekühltes oder ungekühltes Abgas in die Luftleitung 3 zurückgeführt, gelangt dieses entweder über Strömungspfad 10 oder Strömungspfad 11 in einen stromab der Ventilteller 14 und 15 angeordneten Ausströmpfad 29 im Gehäuse 9.
• Das Stellorgan 21 kann als doppelseitig wirkende Pneumatikdose oder als elektrischer Stellmotor oder als Magnetstellwerk oder beispielsweise als doppelseitig wirkender Hydraulikkolben oder andersartig ausgebildet sein.
• Vorteilhafterweise sind innenliegende Gehäusewandungen 30 und 31 im Bereich der Ventilsitze 12 und 13 plan ausgebildet, so daß diese in vergleichsweise einfacher Art und Weise bereitgestellt werden können. Selbstverständlich ist in Abweichung der Zeichnungsfigur eine andersartige Ausbildung der Ventilsitze 12 und 13 möglich, beispielsweise durch plane Anlage der Ventilteller 14 und 15 an den Gehäusewandungen 30 und 31.

1

Abgasleitung

2

Rückführleitung

3

Luftleitung

4

Gabelung

5

Abgaskühler

6

Leitungsabschnitt

7

Leitungsabschnitt

8

Kühlschlange

9

Gehäuse

10

Strömungspfad (li)

11

Strömungspfad (re)

12

Ventilsitz (li)

13

Ventilsitz (re)

14

Ventilteller (li)

15

Ventilteller (re)

16

Verschlußglied

17

Betätigungsmechanismus

18

Betätigungsstange

19

Führungsbuchse

20

Hebelmechanismus

21

Stellorgan

25

Steuergerät

26

Bund (an 18 re)

27

Feder

28

Bund

29

Ausströmpfad

30

Gehäusewandung

31

Gehäusewandung

Claims (6)

1. Ventilanordnung zur Steuerung eines extern rückgeführten Abgasstromes an einer Brennkraftmaschine, wobei die Ventilanordnung zwei Ventilsitze (12, 13) aufweist, denen jeweils ein Verschlußglied (16) zugeordnet ist und beide Verschlußglieder (16) auf einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus (17) angeordnet sind, welcher von einem Stellorgan (21) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Verschlußglieder (16) elastisch vorgespannt beweglich auf dem Betätigungsmechanismus (17) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlußglieder (16) als kreisrunde Ventilteller (14, 15) ausgebildet auf einer gemeinsamen Betätigungsstange (18) angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung in einem gemeinsamen Gehäuse (9) angeordnet ist, welches einen Strömungspfad (10) für einen über einen Abgaskühler (5) strömenden Abgasstrom und davon getrennt einen Strömungspfad (11) für den den Abgaskühler (5) umgehenden Abgasstrom aufweist, wobei beide Strömungspfade (10, 11) abströmseitig von den Verschlußgliedern (16) beherrscht sind und in einen gemeinsamen Ausströmpfad (29) münden.
4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan (21) von einem elektronischen Steuergerät (25) in Abhängigkeit von Sensorsignalen angesteuert den Betätigungsmechanismus (17) in eine von zwei zueinander entgegengesetzte Betätigungsrichtungen verschiebt.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsmechanismus (17) vom Stellorgan (21) in zumindest eine die Rückführung von Abgas sperrende Stellung bewegbar ist, in welcher beide Verschlußglieder (16) auf ihren Ventilsitzen (12, 13) aufliegen, sowie jeweils in mindestens eine den über den Abgaskühler (5) geleiteten Abgasstrom rückführende Stellung oder eine den Abgaskühler (5) umgehende Stellung.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlußglieder (16) in beliebige, die rückgeführte Abgasmenge regelnde Stellungen bewegbar sind.