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Hintergrund
der Offenbarung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasrückzirkulationssystem
zur Steuerung des Flusses von Abgasen aus einem Abgasdurchlass zu einem
Motoreinlassdurchlass für
einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine Betätigungsanordnung
für ein
Abgasrückzirkulationssystem.
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Obwohl
die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht auf irgend eine spezielle
Art von Motor eingeschränkt
ist, ist sie besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem Diesel-Motor,
und zwar aus Gründen,
die im Folgenden offensichtlich werden.
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Typischerweise
sind Abgasrückzirkulationsventile
(AGR-Ventile) zwischen der Motorauslasssammelleitung und der Motoreinlasssammelleitung angeordnet
gewesen und sind, wenn sie in der offenen Position sind, dahingehend
wirksam gewesen, dass sie die Rückzirkulation
von Abgasen von der Auslassseite des Motors zurück zur Einlassseite gestatten.
Wie es dem Fachmann wohlbekannt ist, ist eine solche Rückzirkulation
von Abgasen hilfreich bei der Verringerung von verschiedenen Motoremissionen.
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Ein
Abgasrückzirkulationssystem,
welches eine elektrisch betriebene Betätigungsvorrichtung aufweist,
wird im US-Patent
5 606 957 veranschaulicht
und beschrieben. Die Betätigungsvorrichtung
für den
Ventilschaft in dem erwähnten
Patent ist ein Schrittmotor, der im allgemeinen zufriedenstellend bei
der Ausführung
der grundlegenden Funktion des Öffnens
und des Schliessens des Abgasrückzirkulationsventils
ist. Jedoch muss es bei den meisten Fahrzeuganwendungen für Abgasrückzirkulationsventile
und insbesondere bei Diesel-Motoranwendungen, möglich sein, dass das Abgasrückzirkulationsventil
innerhalb ungefähr
50 ms nach dem Zeitpunkt geschlossen wird, zu dem der Verschlussbefehl
erzeugt wird, und das Abgasrückzirkulationsventil
innerhalb ungefähr
100 ms von dem Zeitpunkt zu öffnen,
zu dem der Öffnungsbefehl
erzeugt wird, und die Vorrichtung des erwähnten Patentes ist typischerweise
nicht fähig,
so schnell zu öffnen
und zu schließen.
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In
der ebenfalls anhängigen
US-Seriennummer 08/881622, eingereicht am 24. Juni 1997 auf den Namen
Edwin D. Lorenz, Glen R. Lilley und David Turner mit dem Titel "EGR System and Improved
Actuator therefore" (Abgasrückzirkulationssystem
und verbesserte Betätigungsvorrichtung
dafür),
die der Anmelderin der vorliegenden Erfindung zueigen ist, wird
eine verbesserte Betätigungsvorrichtung
für ein Abgasrückzirkulationsventil
gelehrt. In der ebenfalls anhängigen
Anmeldung weist die Betätigungsvorrichtung
einen Elektromotor mit relativ hoher Geschwindigkeit bzw. Drehzahl
auf, und zwar von kontinuierlich rotierender Bauart, wie beispielsweise
einen Gleichstrom-Wandlermotor
(Kommutator-Motor), der eine Ausgangsgrösse mit relativ hoher Drehzahl
und niedrigem Drehmoment vorsieht. Die Betätigungsvorrichtung weist auch
einen Reduktionsgetriebestrang auf, dessen Ausgang eine Drehung
von relativ hohen Drehmoment und niedriger Drehzahl eines Ausgabezahnrades
ist, welches durch eine geeignete Verbindung mit dem Schaft des
Abgasrückzirkulationsventils
verbunden ist. Obwohl die Betätigungsvorrichtung
der ebenfalls anhängigen
Anmeldung im allgemeinen zufriedenstellende Leistungen geboten hat
und das Abgasrückzirkulationsventil
innerhalb der erforderlichen Zeitperioden öffnen und schließen kann,
hatte der darin dargelegte Getriebestrang eine übermäßige Größe, Komplexität und große Kosten
für die
gesamte Betätigungsanordnung zur
Folge.
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Das
US-Patent
4 690 119 zeigt
eine Betätigungsvorrichtung
für ein
Abgasrückzirkulationsventil, bei
dem die Ausgangsgrösse
eines Motors, wie beispielsweise eines Schrittmotors mittels eines
Ausgabezahnrades auf eine Betätigungsanordnung übertragen
wird, die ein Sektorzahnrad bzw. Zahnsegment aufweist. Die Schwenkbewegung
des Sektorzahnrades bzw. Zahnsegmentes ansprechend auf den Betrieb
des Motors bewegt das Abgasrückzirkulationsventil
durch ein Verbindungsglied. Bei der Vorrichtung des erwähnten Patentes,
die scheinbar nur zur Anwendung mit einem Otto-Motor vorgesehen ist,
sind die verschiedenen Flussdurchlässe und die Ventilsitzanordnung
derart angeordnet, dass der Druck des Abgases in der Auslasssammelleitung dazu
tendieren würde,
das Abgasrückzirkulationsventil
in eine offene Position vorzuspannen. Somit sind die Leistungskriterien
für eine
Betätigungsvorrichtung
zum Öffnen
des Abgasrückzirkulationsventils
unter Hilfe des Gasdruckes nicht besonders schwierig, und bei dem
erwähnten
Patent ist das Sektorzahnrad so angeordnet, dass es ein relativ konstantes
Drehmomentniveau und eine relativ konstante Drehzahl bietet, wenn
das Abgasrückzirkulationsventil
geöffnet
wird.
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Viele
Dieselmotoren sind turboaufgeladenen, was bedeutet, dass der Abgasdruck
in der Auslasssammelleitung wesentlich über dem Atmosphärendruck
sein muss, und zwar in Hinsicht auf die Tatsache, dass es der Druck
in der Auslasssammelleitung ist, der den Eingang (Laufrad) des Turboladers antreibt.
Bei solchen turbogeladenen Dieselmotoren wird es als nötig erachtet,
dass das Abgasrückzirkulationsventil
eine "durch Druck
geschlossen vorgespannte" Bauart
ist, und nicht eine "durch
Druck geöffnet
vorgespannte" Bauart
ist, wie die in dem oben erwähnten
US-Patent
4690119 gezeigte
Vorrichtung. Wenn das Abgasrückzirkulationsventil
eines turboaufgeladenen Dieselmotors eine durch "Druck geöffnet vorgespannte" Bauart wäre, dann
würden
die erhöhten
Abgassammelleitungsdrücke
eine beträchtliche
Leckage von Abgas in die Einlasssammelleitung zu dem Zeitpunkt zur
Folge haben, wenn eine solche Leckage nicht wünschenswert ist. Wenn man jedoch das
Abgasrückzirkulationsventil
in der durch Druck geschlossen vorgespannten Bauart ausführt, gibt
es eine viel größere "Öffnungskraft", die für die Betätigungsanordnung
erforderlich ist.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Entsprechend
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Abgasrückzirkulationssystem
und eine Betätigungsvorrichtung
für ein
Abgasrückzirkulationsventil
der durch Druck geschlossen vorgespannten Bauart vorzusehen, wobei
die Betätigungsvorrichtung
das Abgasrückzirkulationsventil
entgegen der Kraft des Abgasdruckes öffnen kann.
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Es
ist ein mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehendes Ziel,
ein verbessertes Abgasrückzirkulationsventil
und eine Betätigungsvorrichtung
vorzusehen, die das oben erwähnte
Ziel erreicht, und die immer noch das Abgasrückzirkulationsventil innerhalb
der sehr kurzen Zeitperiode öffnen
kann, die typischerweise festgelegt ist.
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Es
ist insbesondere ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Abgasrückzirkulationssystem
und eine Betätigungsvorrichtung
dafür vorzusehen,
bei der das Verhältnis
der Motordrehung zur Ventilverschiebung variabel ist, und wobei
es abnimmt, wenn das Abgasrückzirkulationsventil
sich aus einer geschlossenen Position in eine offene Position bewegt.
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Die
obigen und andere Ziele der Erfindung werden erreicht, indem man
ein verbessertes Abgasrückzirkulationssystem
für einen
Verbrennungsmotor vorsieht, wobei das System ein Ventil besitzt,
welches einen Ventilschaft aufweist, wobei das Ventil bewegbar ist
zwischen einer geschlossenen Position, die die Verbindung von einem
Motorabgasdurchlass zu einem Motoreinlassdurchlass blockiert, und
einer offenen Position. Der Druck in dem Motorabgasdurchlass spannt
das Ventil zu der geschlossenen Position hin vor. Das System weist
Gehäusemittel und
einen Elektromotor auf, der betriebsmässig mit den Gehäusemitteln
und mit einem Eingangszahnrad assoziiert ist, um eine Bewegung mit
relativ hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment für das Eingangszahnrad
vorzusehen, und zwar ansprechend auf Veränderungen eines elektrischen
Eingangssignals für
den Elektromotor. Das Eingangszahnrad ist in treibendem Eingriff
mit einem innen verzahnten Sektorzahnrad, welches um eine erste
Achse schwenkbar ist. Verbindungsmittel sind betriebsmässig mit
dem Sektorzahnrad und mit dem Ventilschaft assoziiert, um eine Schwenkbewegung
des Sektorzahnrades in die axiale Bewegung des Ventilschaftes zu übertragen.
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Das
verbesserte Abgasrückzirkulationssystem
wird dadurch gekennzeichnet, dass das Sektorzahnrad und die Verbindungsmittel
so konfiguriert sind, dass dadurch, wenn das Ventil sich aus der
geschlossenen Position zur offenen Position hin bewegt, dass Sektorzahnrad
und die Verbindungsmittel zuerst eine axiale Bewegung des Ventilschaftes
mit einer relativ höheren
Kraft und einer relativ geringeren Geschwindigkeit erzeugen. Wenn
sich dann das Ventil weiter öffnet,
erzeugen das Sektorzahnrad und die Verbindungsmittel eine axiale
Bewegung des Ventilschaftes mit einer relativ niedrigeren Kraft
und einer relativ höheren
Geschwindigkeit.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine Perspektivansicht
des Abgasrückzirkulationssystems
und der Betätigungsanordnung
der vorliegenden Erfindung im allgemeinen von hinten.
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2 ist eine axiale vertikale
Schnittansicht, wie sie vom Vorderteil des Abgasrückzirkulationssystems
und der Betätigungsanordnung
zu sehen ist, die in 1 gezeigt
sind, wobei das Ventil in der geschlossenen Position ist.
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3 ist eine vergrösserte bruchstückhafte vertikale
quer verlaufende Schnittansicht, die im allgemeinen entlang der
Linie 3-3 der 2 aufgenommen
ist.
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4 ist eine vergrösserte bruchstückhafte Horizontale
quer verlaufende Querschnittsansicht, die im allgemeinen entlang
der Linie 4-4 der 2 aufgenommen
wurde.
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5 ist eine perspektivische
Ansicht ähnlich
der 1 im allgemeinen
von hinten, jedoch in einem größeren Maßstab, die
den Getriebestrang der Betätigungsanordnung
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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6 ist eine Ansicht des oberen
Teils der Betätigungsanordnung
in einem geringfügig
kleineren Maßstab
als 5, wobei die Abdeckung
entfernt ist und wobei das Ventil in der geschlossenen Position
der 2 ist.
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7 ist eine Ansicht der gesamten
Betätigungsanordnung
in einem kleineren Maßstab
als 6, wobei die Abdeckung
entfernt ist, wobei das Ventil in der offenen Position ist.
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8 ist eine Kurvendarstellung
der Ventilöffnungskraft gegenüber dem Grad der Schwenkbewegung
des Sektorzahnrades bzw. Zahnsegmentes, welche einen der Vorteile
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Detaillierte
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, die die Erfindung nicht einschränkend sollen,
veranschaulicht 1 ein
Abgasrückzirkulationssystem,
welches im allgemeinen mit 11 bezeichnet wird. Das Abgasrückzirkulationssystem 11 kann
eine Vielzahl von Abschnitten aufweisen, und das vorliegende Ausführungsbeispiel
weist einen Sammelleitungsteil 13, einen Betätigungsteil 15 und
einen Wärmeübertragungsteil
(Kühlungsteil) 17 auf
(siehe 2). Der Kühlungsteil 17 ist
zwischen dem Sammelleitungsteil 13 und dem Betätigungsteil 15 angeordnet.
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Wie
dem Fachmann wohlbekannt ist, kann ein Abgasrückzirkulationssystem auf eine
Vielzahl von Arten in dem Motorauslass- und -einlasssystem eingebaut
sein, wobei die spezielle Anordnung um dies zu tun nicht Teil der
vorliegenden Erfindung ist, außer
wenn es insbesondere anders erwähnt
wird, und wobei daher hier eine Verbindungsanordnung veranschaulicht
wird, die nur schematisch und beispielhaft gezeigt ist.
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Der
Sammelleitungsteil 13 weist ein Sammelleitungsgehäuse 19 auf,
welches einen Durchlass 21 (siehe 2) und eine Bohrung 23 definiert,
innerhalb der ein Ventilglied, welches im allgemeinen mit 25 bezeichnet
ist, hin und her zur axialen Bewegung darin getragen wird. Das Ventilglied 25 weist
einen Sitzventilteil 27 auf, der integral mit einem Ventilschaft 29 ausgeformt
ist.
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Das
Sammelleitungsgehäuse 19 definiert
einen Ventilsitz 33, auf dem der Sitzventilteil 27 aufsitzt,
wenn das Ventilglied 25 geschlossen ist, so dass der Ventilsitz 33 als
der "Verschlussanschlag" dient. Obwohl in 2 der Sitzventilteil 27 derart
gezeigt ist, dass er geringfügig
von dem Ventilsitz 33 be beabstandet ist, und zwar zur Verdeutlichung
der Darstellung, wird das, was in 2 gezeigt
ist, im folgenden als repräsentativ
für die
geschlossene Position des Ventilgliedes 25 bezeichnet.
Nur beispielhaft weist das Sammelleitungsgehäuse 19 einen Flansch 35 zur
Verbindung mit einer (hier nicht gezeigten) Auslasssammelleitung
auf, wie beispielsweise die Region unter dem Sitzventilteil 27 in 2 einen Abgasdurchlass E
aufweist. Am stromabwärts
liegenden Ende des Durchlasses 21 weist das Sammelleitungsgehäuse 19 einen
Flansch 37 auf, und zwar zur Verbindung mit einer Einlasssammelleitung,
so dass das stromabwärts
liegende Ende des Durchlasses 21 als ein Einlassdurchlass
I bezeichnet werden kann.
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Immer
noch insbesondere mit Bezugnahme auf die 1 und 2 sind
der Betätigungsteil 15 und der
Wärmeübertragungsteil 17 hier
derart veranschaulicht, dass sie ein einziges integrales Gehäuseglied 39 aufweisen,
wobei das Sammelleitungsgehäuse 19 an
einer Unterseite des Gehäusegliedes 39 durch
irgendwelche geeigneten Mittel angebracht ist, die hier als eine
Vielzahl von Bolzen bzw. Schrauben 41 gezeigt sind. Der
Grund dafür,
dass der untere Teil des Gehäusegliedes 39 als
ein "Wärmeübertragungsteil 17" bezeichnet
ist, ist, dass das Gehäuseglied 39 eine
Kühlmittelkammer 43 definiert,
die geeignet ist, um Motorkühlmittel
durch einen Durchlass 45 aufzunehmen, der am äußeren des
Gehäusegliedes 39 einen
Anschluss 47 besitzt, der geeignet ist, um eine Armatur
aufzunehmen, die wiederum mit dem Rest des (hier nicht gezeigten)
Motorkühlmittelkreislaufes
verbunden ist. Wie es dem Fachmann wohlbekannt ist, wird der Kontakt
des Sammelleitungsgehäuses 19 mit
den heißen
Abgasen, die aus dem Abgasdurchlass E in den Einlassdurchlass I
fließen,
bewirken, dass das Sammelleitungsgehäuse 19 ziemlich heiß wird,
beispielsweise über
550° F.
Gemäß eines
wichtigen Aspektes der hier gezeigten Konstruktion ist der Wärmeübertragungsteil 17 zwischen
dem Sammelleitungsteil 13 und dem Betätigungsteil 15 angeordnet,
um als eine thermische Barriere zu dienen, um den Betätigungsteil 15 so
kalt wie möglich
zu halten, und zwar vorzugsweise unter ungefähr 250° F.
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Wiederum
in erster Linie mit Bezug auf 1 wird
der Betätigungsteil 15 genauer
beschrieben. An dem Gehäuseglied 39 ist
an seiner Vorderseite durch irgend welche geeigneten Mittel eine
Abdeckung 49 angebracht. An der Rückseite des Gehäusegliedes 39 ist
das Gehäuse
eines Elektromotors angebracht, der im allgemeinen mit 51 bezeichnet
wird, wobei die spezielle Konstruktion und die Beschreibung davon für die vorliegende
Erfindung nicht wichtig sind. Jedoch wegen Gründen, die im Hintergrund der
Offenbarung erklärt
wurden, wird bevorzugt, dass der Elektromotor 51 einer
Bauart mit relativ hoher Drehzahl ist, der sich kontinuierlich dreht,
und obwohl der Elektromotor 51 innerhalb des Umfangs der
Erfindung einen bürstenlosen
Gleichstrommotor aufweisen könnte,
wird bevorzugt, dass ein Gleichstrom-Wandlermotor (Kommutator-Motor) mit
Permanentmagneten oder irgendein anderer Motor mit einem hohen Verhältnis von
Drehmoment zu Trägheit
verwendet wird. Der Elektromotor 51 nimmt einen elektrischen
Eingang mittels eines Paares von Leitungen oder Drähten auf,
die in gewisser Weise schematisch bei 52 gezeigt sind.
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Mit
Bezug auf die 2 und 3 sieht der Elektromotor 51 in
Verbindung mit 1 eine
Ausgangsgröße mit niedrigem
Drehmoment und hoher Drehzahl an einer Motorausgangswelle 53 vor,
auf der ein Motorritzelzahnrad 55 montiert ist. Das Motorritzelzahnrad 55 bildet
das Eingangszahnrad eines Getriebestranges, dessen allgemeine Funktion
es ist, die Drehausgangsgröße mit relativ
niedrigem Drehmoment und hoher Drehzahl des Elektromotors 51 in eine
Drehausgangsgröße mit relativ
hohen Drehmoment und niedriger Drehzahl umzuwandeln, die auf das
Ventilglied 25 übertragen
werden kann. Das Motorritzelzahnrad 55 ist in kämmendem
Eingriff mit einem relativ größeren Zahnrad 57,
welches wiederum ein relativ kleineres Ritzel 59 antreibt.
Das Zahnrad 57 und das Ritzel 59 werden jeweils
als "relativ größer" und "relativ kleiner" bezeichnet, und
zwar alleine um anzuzeigen, dass die Funktion des Getriebestrangs
ist, progressiv die Drehzahl zu reduzieren, während das Drehmoment gesteigert
wird, und somit wird angenommen, dass es innerhalb der Fähigkeiten
des Fachmanns liegt, spezielle Zahnräder und Ritzel und das Übersetzungsverhältnis dazwischen auszuwählen.
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Nun
alleine mit Bezugnahme auf 3 hat das
größere Zahnrad 57 mit
sich betriebsmässig
assoziiert eine das Drehmoment begrenzende (durchrutschende) Kupplung.
Eine solche das Drehmoment begrenzende Kupplung ist in der oben
erwähnten ebenfalls
anhängigen
Anmeldung veranschaulicht und wird dort genauer beschrieben. Es
sei bemerkt, dass die spezielle Konstruktion und der Betrieb der
in 3 gezeigten Kupplung
keinen wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, obwohl
es wichtig für den
ordnungsgemäßen Betrieb
von Abgasrückzirkulationssystemen
in der hier gezeigten Bauart ist, dass man eine gewisse Art einer
das Drehmoment begrenzenden Kupplung hat. Die Kupplung weist eine Welle 61 auf,
deren eines Ende innerhalb des Gehäusegliedes 39 gelagert
ist. Um das linke Ende (in 3)
der Welle 61 herum ist das Ritzel 59 angeordnet,
und radial zwischen der Welle 61 und dem Ritzel 59 angeordnet
ist ein zylindrischer Teil 63 eines Gleitgliedes 65.
Der zylindrische Teil 63 und das Ritzel 59 sind
festgelegt, um sich zusammen zu drehen, und das Zahnrad 57 ist
in Reibungseingriff mit einem sich radial erstreckenden Teil des
Gleitgliedes 65 mittels einer Blattfeder 67 vorgespannt,
die in der axialen Richtung durch eine Halte- und Federringanordnung 69 gehalten
bzw. eingeschränkt
wird. Wie es dem Fachmann für
Drehmoment begrenzende Kupplungen oder Rutschkupplungen bekannt
ist, werden sich das Zahnrad 57 und das Ritzel 59 als
eine Einheit bis zu einem vorbestimmten maximalen Eingangsdrehmoment
drehen, über
dem das Drehmoment die Kapazität
der Feder 67 überschreiten
wird, und das Zahnrad 57 beginnen wird, relativ zum Gleitglied 65 zu
rutschen und daher beginnen wird, relativ zum Ritzel 59 zu
rutschen.
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Der
Grund, warum man diese Fähigkeit
des Durchrutschens in dem Getriebestrang vorsieht, ist in erster
Linie, den Getriebestrang und insbesondere die Zähne des Zahnrades zu schützen. Ein
hauptsächlicher
Teil des Drehmomentes, welches durch den Elektromotor 51 erzeugt
wird, ist einfach erforderlich, um die Trägheit des Motors selbst zu überwinden.
Wenn der volle Strom zum Motor geleitet wird, würden die Zähne des Getriebestranges immer dann
zerstört
werden, wenn das Ventilglied 25 seinen Verschlussan schlag
oder seinen Öffnungsanschlag erreicht,
wenn nicht die Fähigkeit
der Drehmomentbegrenzung (das Durchrutschen) vorhanden wäre, die
oben beschrieben wurde. Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung
kann die das Drehmoment begrenzende Kupplung an anderen Stellen
innerhalb des gesamten Drehmomentübertragungspfades angeordnet
sein, jedoch wird die in 3 veranschaulichte
Stelle bevorzugt, weil die Drehmoment begrenzende Kupplung mit dem
Zahnrad 57 und dem Ritzel 59 assoziiert werden
kann, ohne wesentlich zur Gesamtgröße und zur Komplexität der Vorrichtung
zusätzlich
beizutragen.
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Nun
in erster Linie mit Bezugnahme auf die 4 und 5 in
Verbindung mit 2 ist
das kleineres Ritzel 59 in Verzahnungseingriff mit einem
Satz von inneren Zähnen 71,
die innerhalb eines Sektorzahnrades bzw. Zahnsegmentes 73 geformt
sind, welches bruchstückhaft
in beiden 3 und 4 gezeigt ist. Wie am besten
in 4 zusehen, ist das
Sektorzahnrad 73 zur Schwenkbewegung um die Achse einer
Sektorbefestigungswelle 75 montiert. Gemäß eines
wichtigen Aspektes der Erfindung weist die Achse der Befestigungswelle 75 eine
erste Achse A1 auf (siehe 4),
während
der Ventilschaft 29 eine zweite Achse A2 definiert (siehe 2). Schließlich definiert dass
(Eingangs-)Motorritzelzahnrad 55 eine dritte Achse A3 (siehe 3). Vorzugsweise sind die
ersten und dritten Achsen A1 und A3 im wesentlichen senkrecht zur
zweiten Achse A2 des Ventilschaftes 29, und die zweite
Achse A2 ist im wesentlichen quer zwischen den Achsen A1 und A3
angeordnet, und zwar aus Gründen,
die im Folgenden offensichtlich werden.
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Immer
noch in erster Linie mit Bezug auf
4 ist
ein hinteres Ende
77 der Befestigungswelle
75 innerhalb
eines Gehäuses
79 angeordnet,
welches geeignet ist, um einen hier nicht gezeigten Wellenpositionssensor
aufzunehmen, dessen Funktion es ist, ein Signal zu liefern, welches
repräsentativ
für die
augenblickliche Drehposition der Befestigungswelle
75 vorzusehen,
und daher des Sektorrades bzw. Zahnsegmentes
73. Um die
Welle
75 herum ist eine Torsionsfeder vorgesehen (siehe
auch
2), und radial
zwischen der Welle
75 und der Feder
81 ist ein
im allgemeinen zylindrischer Gehäusetragteil
83, dessen
Funktion es ist, die Welle
75 zu tragen, wenn sie Lasten
in verschiedenen Richtungen unterworfen ist. Gemäß eines Merkmals der Erfindung
dient die Torsionsfeder
81 als Ventilrückstellfeder, die dazu tendiert,
das Ventil
25 zu seiner in
2 gezeigten geschlossenen
Position vorzuspannen. Bei den meisten Abgasrückzirkulationsventilen des
Standes der Technik, einschließlich
im US-Patent
4 690 119 , wird
der Ventilschaft durch eine Schraubendruckfeder umgeben, die das
Ventil zu seiner geschlossenen Position hin vorspannt, jedoch nimmt
eine solche Anordnung wesentlich Platz um den Ventilschaft herum ein,
während
die vorliegende Erfindung wesentlich die Packung bzw. enge Anordnung
des Abgasrückzirkulationsventils
verbessert, wie am besten in
2 zu
sehen.
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Nun
in erster Linie mit Bezug auf die 5 und 6 wird das Sektorzahnrad 73 weiter
beschrieben. Vorzugsweise weist das Sektorzahnrad 73 einem
bogenförmigen
strukturellen Teil 85 auf, der sich in Umfangsrichtung
erstreckt und im allgemeinen parallel zu den inneren Zähnen 71.
Wie am besten in 6 zu
sehen wird bevorzugt, dass das Sektorzahnrad 73 im allgemeinen
in der Region der Befestigungswelle 75 voll ist, dann radial
innerhalb von dem strukturellen Teil 85 offen. Schließlich wird
bevorzugt, dass das Sektorzahnrad 75 einen Abdeckungsteil 87 an
der Vorderseite des Sektorzahnrades 75 aufweist, wenn der
sich radial von dem strukturellen Teil 85 nach außen zu dem äußeren Umfang
davon erstreckt. Im Endeffekt bildet der Abdeckungsteil 87 eine
Umschließung
in der Region der inneren Zähne 71,
so dass Schmierströmungsmittel,
welches in den Eingriff des Ritzels 59 und den Zähnen 71 fließt, dazu tendieren
wird, in der Umschließung
herum zu spritzen, und darin gehalten wird, was somit die Schmierung
des Zahneingriffes verbessert.
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Wiederum
in erster Linie mit Bezug auf die 5 und 6 definieren der radial innere
feste bzw. volle Teil des Sektorzahnrades 73 einer Öffnung 89 (siehe 5), und es erstreckt sich
in die Öffnung 89 von
dem hinteren Ende davon ein unterer axialer Teil 91 eines
Verbindungsgliedes 93. Das Glied 93 weist auch
einen oberen axialen Teil 95 auf, wenn der sich axial und
nach hinten durch eine Öffnung
nahe dem oberen Ende des Ventilschaftes 29 erstreckt. Somit ist
das Verbindungsglied 93 in gewisser Weise "Z-förmig", wie in 5 gezeigt, und würde typischerweise aus
einem gehärteten
Federdraht geformt werden. Der allgemeine Zweck des Verbindungsgliedes 93 ist es,
die Schwenkbewegung des Sektorzahnrades 73 um seine Achse
A1 in eine lineare Bewegung des Ventilschaftes 29 entlang
seiner Achse A2 zu übertragen.
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Jedoch
werden gemäß eines
speziellen Aspektes der Erfindung die Orientierung des Sektorzahnrades 73 und
die Konfiguration des Verbindungsgliedes 93 so ausgewählt, dass
die Öffnungskraft
(oder Verschlusskraft) und die Geschwindigkeiten nicht konstant
sind, sondern statt dessen so zugeschnitten sind, dass sie die Anforderungen
des Abgasrückzirkulationsventils
in der gezeigten Umgebung erfüllen,
d. h. dabei ist der Sitzventilteil 27 von der "durch Druck geschlossen
vorgespannten" Bauart.
Wie im Hintergrund der Erfindung erwähnt, werden, wenn der Sitzventilteil 27 von
der durch Druck geschlossen vorgespannten Bauart ist, mehr Kraft und
weniger Geschwindigkeit anfänglich
benötigt, wenn
das Ventil beginnt, sich aus der in 2 gezeigten
geschlossenen Position zu einer offenen Position hin zu bewegen.
Wenn sich dann das Ventil von einer geringfügig offenen Position zu einer
vollständig
offenen Position bewegt, wie in 7 gezeigt,
ist viel weniger Kraft erforderlich jedoch ist mehr Geschwindigkeit
erforderlich, um die erwünschte Öffnungszeit
zu erreichen.
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Nun
in erster Linie mit Bezug auf 6,
die der geschlossenen Position des in 2 gezeigten Sitzventilteils 29 entspricht,
ist zu sehen, dass das Sektorzahnrad 73 so orientiert ist,
dass die Anordnung der Verbindung des Verbindungsgliedes 93 und des
Sektorzahnrades 73 (d. h. die Öffnung 89 und der
untere axiale Teil 91) quer zwischen der Achse A1 in der
Sektorzahnradbefestigungswelle 75 und der Achse A2 des
Ventilschaftes 29 angeordnet ist. Wenn somit das Ventil
geschlossen ist, wie in den 2 und 6, ist das Verbindungsglied 93 in
einem Winkel orientiert, wie in 6 gezeigt,
und die Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung des Ventilschaftes 29 wäre anfänglich geringer
als wenn das Sektorzahnrad 73 sich zu der in 7 gezeigten Position geschwenkt
hat, und das Verbindungsglied 93 nahezu vertikal ist. In
der Position der 6 ist
die Lage des unteren axialen Teils 91 näher in Querrichtung an der
Achse A1, was somit eine größere nach unten
gerichtete Kraft auf den Ventilschaft 29 ausgeübt, als
in der Position der 7,
in der es nun eine größere Entfernung
in Querrichtung ("Momentenarm") und eine geringere
Abwärtskraft
auf den Ventilschaft 29 gibt. Es wird angenommen, dass
die mathematischen Beziehungen, die in Beziehung mit dem Wechsel
von größerer Kraft
zur größerer Geschwindigkeit
vom Fachmann für
die Technik von Vier-Stangen-Verbindungen bzw. Getriebeführungen wohl
verstanden werden.
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Diese
Veränderung
der Beziehung wird in 8 veranschaulicht,
die eine Kurvendarstellung der Ventilöffnungskraft gegenüber den
Gradpositionen, d. h. den Gradpositionen der Schwenkbewegung des
Sektorzahnrades 73 gegen den Uhrzeigersinn beginnend von
der Position der 6 ("geschlossen") und sich weiter
bewegend zu der Position der 7 ("offen") ist. Es wird dem
Fachmann für die
Technik von Verbindungen bzw. Gelenken und mechanischen Verhältnissen
verständlich
sein, dass die vorliegende Erfindung den maximalen mechanischen
Vorteil bietet, wenn das Ventil gerade beginnt, sich gegen die Kraft
des Abgasdruckes zu öffnen, und
dass der mechanische Vorteil allmählich abnimmt, wie in 8 gezeigt, wenn weniger
Kraft erforderlich ist, um das Ventil zu öffnen. Der Fachmann wird auch
verstehen, dass die Geschwindigkeit der Bewegung des Ventils einer
Kurvendarstellung folgend wird, die genau umgekehrt zu der Kurvendarstellung
der 8 ist, wobei sie
langsam beginnt und allmählich
auf ein Maximum ansteigt, wenn das Ventil sich der offenen Position
der 7 nähert.
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Die
Erfindung ist in der vorangegangenen Beschreibung genau beschrieben
worden, und es wird angenommen, dass verschiedene Veränderungen
und Modifikationen der Erfindung dem Fachmann beim Lesen und beim
Verständnis
der Beschreibung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass
alle diese Veränderungen
und Modifikationen in der Erfindung mit einge schlossen sein sollen,
insofern wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.