DE4204434C2 - Steuerventil für Abgasrückführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für Abgas­ rückführung in die Ansaugleitung einer Brennkraft­ maschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Steuerventil ist aus der DE 37 03 091 A1 als elektromagnetisches Proportionalventil be­ kannt, das seine Öffnung proportional zum Steuer­ signal variieren kann.

Es ist bekannt (DE 30 43 752 C1), daß die Rückfüh­ rung von dem jeweiligen Betriebszustand der Brenn­ kraftmaschine angepaßten Abgasmengen eine wirksame Maßnahme darstellt, um umweltschädliche Anteile im Abgas einer Diesel-Brennkraftmaschine zu reduzie­ ren. Besonders läßt sich durch die Abgasrückführung eine Verminderung des Anteils an Stickoxiden im Ab­ gas erzielen. Es ist aber eine Einstellung und Steuerung der zusammen mit der Frischluftmenge und der eingespritzten Brennstoffmenge der Brennkraft­ maschine zugeführten Abgasmenge erforderlich, denn mit einer hierdurch bewirkten Verminderung der Stickoxide im Abgas stellt sich unter Umständen eine Erhöhung der Ruß-, CO- und HC-Anteile ein.

Ein Dieselmotor neigt zu steigender Rußbildung bei Verminderung des Sauerstoffgehaltes in dem Brenn­ gemisch, d. h. bei größerer Abgasrückführrate. An­ dererseits ist die Tendenz zur Vergrößerung des Ausstoßes von schädlichen Bestandteilen im Abgas bei steigendem Luftanteil im Brenngemisch größer. Die maximale Rückführmenge des Abgases wird in der unteren Teillast benötigt, da hier ein hoher Luft­ überschuß vorhanden ist, und nimmt mit steigender Last ab. Führt man nun in der unteren Teillast Ab­ gas in dem Maße zurück, daß ein Schadstoff­ emissionsminimum erreicht wird und erhöht aus die­ sem Fahrzustand die Last sprungartig, so kommt es zu Rauchstößen, die gleichzeitig mit hohen HC- Emissionen verbunden sind.

Es sind zwar aus der DE 30 43 752 C1 Maßnahmen zur Brennstoffsteuerung bekannt, mit denen die Bildung eines Rauchstoßes vermieden werden kann, die darin bestehen, daß die Stellbewegung des Gaspedals nach einer Totzeit und einer anschließenden Übergangs­ funktion erster oder höherer Ordnung dem die Ein­ spritzmenge bestimmenden Glied aufgeschaltet wird. Da diese Maßnahmen jedoch eine Überfrachtung der Gasbetätigung mit Dämpfungsgliedern etc. bedeuten und nur mit hohem konstruktiven Aufwand realisiert werden können und darüber hinaus eine verzögerte Lastabgabe der Brennkraftmaschine bewirken (Tot­ zeit), die bei Einsatz des Motors in einem Fahrzeug als unangenehm bemerkt wird, erscheint der Einsatz einer sehr schnell schaltenden Verstelleinrichtung als Kompromiß sinnvoll, mit der eine schnelle Ab­ schaltung der Abgasrückführung bei verkürzter ver­ zögerter Lastabgabe erreicht wird.

Wie aus der bisherigen Beschreibung entnommen wer­ den kann, ändern sich über den Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine ständig die Drücke im Luft­ ansaugkanal und im Abgaskanal, so daß das aus der DE-OS bekannte Proportionalventil ständig unter­ schiedlich bestromt werden muß, um eine vorgegebene Rate der Abgasrückführung zu erreichen, wobei die hierfür benötigten elektromagnetischen Stellkräfte für die maximal möglichen Belastungen ausgelegt sein müssen, womit einmal große elektrische Energie bereitgestellt werden muß sowie großer Bauraum und Material.

Ein anderer Weg wäre, die Steuerung mit konstanter Frequenz getakteter Gleichspannung und variablem Einschalt-Ausschalt-Dauerverhältnis (z. B. 30 Hz und 12 V) zu betreiben. Die bekannten, als Kegelven­ tile ausgebildeten Steuerventile, sind hierfür nur bedingt geeignet wegen hoher Stellkräfte und großer Geräuschemission.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil für eine Abgasrückführung der­ art zu gestalten, daß eine gegenüber anderen Steuerventilen schnellere Abschaltung erreicht wer­ den kann, wobei gleichzeitig der Material-, Ener­ gie- und Bauraumaufwand für die Stelleinrichtung verringert werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzei­ chen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen des Gegen­ standes nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der Erfindung erzielbare Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispie­ len angegeben, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Diese zeigt in Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Steuer­ ventil als Schnittbild und in Fig. 2 eine Einzel­ heit eines Ventils nach Fig. 1 in anderer Ausfüh­ rung.

Fig. 1 zeigt das Steuerventil 1, gebildet aus einem Gehäuse 2 mit einem Abgaskanal 3, der an eine Ab­ gasleitung 4 anschließbar ist, die den Abgas- und den Luftansaugkanal einer Brennkraftmaschine ver­ bindet. In einer Erweiterung 5 des Abgaskanals 3 ist ein Flachsitz 6 einer Auslaßöffnung 7 der Ab­ gasleitung angeordnet, die mit einem Flachschieber 8 zusammenwirkt, der mit einer Stange 9 verbunden ist, die durch eine Führung 10 aus einer Gehäuse­ kammer 11 in die Erweiterung 5 ragt. Es versteht sich von selbst, daß der Flachschieber in abgeän­ derter Ausführung auch als Flachdrehschieber ausge­ führt sein kann, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird. Die Stange 9 ist mit dem in der Ge­ häusekammer 11 befindlichen Teil mit einem nicht dargestellten Elektromagnet-, einem Pneumatik- oder Hydrauliksteller verbunden, der nach Maßgabe von Motorparameter- oder Steuersignalen als Stellein­ richtung 12 gesteuert wird. Bei betätigter Stell­ einrichtung 12 wird der Flachschieber 8 entgegen der Kraftwirkung einer Feder 13 mit einer Schieber­ öffnung 14 in Überdeckung mit der Auslaßöffnung 7 gebracht, wobei die Schieberöffnung 14 den Strö­ mungsquerschnitt der Auslaßöffnung 7 bestimmt. Bei unbetätigter Stelleinrichtung 12 wird der Flach­ schieber 8 durch die Feder 13 mit der Schieberöff­ nung 14 aus der Überdeckung gebracht, es erfolgt keine Abgasrückführung.

Flachsitz 6 und -schieber 8 sind aus Werkstoffen mit geringen Reibeigenschaften hergestellt, womit eine geringe Stellkraft benötigt wird.

Darüber hinaus weisen Flachschieber 8 und Stange 9 nur geringe Massen auf, womit eine sehr schnelle Verstellung erfolgen kann. Die Verlagerung der die Verstellbewegung begrenzenden Anschlagflächen in die Gehäusekammer 11 mit der Stelleinrichtung 12 ermöglicht den Einsatz von wärmeempfindlicheren Werkstoffen mit großer Dämpfung zur Geräuschunter­ bindung.

Das erfindungsgemäße Steuerventil 1 zeichnet sich auch dadurch aus, daß bei Verwendung eines Elektro­ magnetstellers dieses z. B. in Abhängigkeit von Steuersignalen eines elektronischen Steuergerätes, die in der Regel aus Spannungssignalen bestimmter Frequenz und Gleichspannung (z. B. 30 Hz und 12 V), jedoch variablem Einschalt-Ausschalt-Dauerver­ hältnis bestehen, betrieben werden kann.

Fig. 2 zeigt das Steuerventil 1 nach Fig. 1 mit ei­ ner anderen Ausführung, bei der die Abgasrückfüh­ rung zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftma­ schine über Einzelabgasleitungen 15 erfolgen soll. Für diesen Anwendungsfall weist der Flachschieber 8 für jede Auslaßöffnung 7 eine Schieberöffnung 14 auf. Die übrigen Bauteile sind mit denen der Fig. 1 gleich. Der Flachschieber 8 steht in Stellung bei unbetätigter Stelleinrichtung 12.

Bei beiden Ausführungen ist der Flachschieber 8 in dem Gehäuse 2 bzw. der Erweiterung 5 geführt (nicht dargestellt). Vorteilhafterweise ist der Flach­ schieber 8 durch eine federnde Andrückvorrichtung 16 (Fig. 1) gegen den/die Flachsitz(e) 6 gedrückt, um eventuelles Klappern und Undichtheiten zu be­ grenzen.

Die erfindungsgemäßen Ausführungen lassen eine schnelle Verstellung sowie geringe Toleranzen der Abgasrückführmenge bei einer einfachen Tastverhält­ nissteuerung zu, so daß Laständerungen in kürzester Zeit erfolgen können, ohne daß untolerierbare Ab­ gase oder Fahrfehler auftreten.

Durch ausgeführten Leichtbau der beweglichen Teile kann die Stelleinrichtung 12 minimiert werden.

Claims (6)

1. Steuerventil für Abgasrückführung in die Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine, gebildet aus einem Ventilteil, das in einen Abgaskanal hineinragt und dort mit einem Ventilsitz zusammen­ wirkt und mit einer in einer Gehäusekammer angeord­ neten Verstelleinrichtung verbunden ist, die in der Art wirkt, daß das Ventil bei unbetätigter Ver­ stelleinrichtung unter Federkraftwirkung ge­ schlossen und bei betätigter entgegen der Feder­ kraftwirkung geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilteil aus einem Flachschieber (8) und einem mit diesem zusammenwirkenden Flachsitz (6) einer Auslaßöffnung (7) gebildet ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flachschieber (8) mindestens eine Schieberöffnung (14) aufweist, die bei betä­ tigter Verstelleinrichtung (12) über mindestens ei­ ner Auslaßöffnung (7) steht und deren Strömungs­ querschnitt bestimmt.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Flachschieber (8) durch eine federnde Andrückvorrichtung (16) gegen den Flach­ sitz (6) angedrückt ist.

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Flachschieber (8) mit einer Stange (9) der Verstelleinrichtung (12) ver­ bunden ist.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachschieber als Flachdrehschieber ausgebildet ist.

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (12) als Elektromagnet-, Pneu­ matik- oder Hydrauliksteller ausgebildet ist.