DE4332513A1 - 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-A1 37 03 091 als elektromagnetisches Proportionalventil be­ kannt, das seine Öffnung proportional zum Steuer­ signal variieren kann.

Es ist bekannt (DE-PS 30 43 752), 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 genannten DE-PS 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 auf geschaltet 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
Bei Taktventilen, die zudem noch als Kegelventile ausgebildet sind, ergeben sich zwei Geräuschquel­ len, nämlich Sitz und Kegel sowie ein mechanischer Hubanschlag für die geöffnete Stellung. Ferner wird in dieser Stellung ein entsprechend hoher Halte­ strom und eine diesem angepaßte Spulengröße benö­ tigt.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil der angegebenen Art für den Einsatz bei Otto- und Dieselmotoren derart zu gestalten, daß eine gegenüber anderen Steuer­ ventilen schnellere Schaltung bei vermindertem Ge­ räusch erreicht werden kann, wobei gleichzeitig der Energie- und Bauraumaufwand für die Stell­ einrichtung verringert werden soll.

Diese Aufgabe ist bei dem Steuerventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzei­ chen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst worden.

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

Das ständig schwingende Feder-Masse-System mit dem Flachschieber hat den Vorteil, nicht ständig Strom­ spitzen zum Anfahren bzw. zum Halten zu benötigen, so daß die Dimensionierung des elektromagnetischen Teils geringer als bei herkömmlichen Ventilen aus­ fallen kann. Ferner wirkt die ständige oszillie­ rende Bewegung des Flachschiebers einer Rußablage­ rung am Ventilteil entgegen.

Mit der Erfindung erzielbare Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spieles angegeben, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Diese zeigt ein erfindungsgemäßes Steuerventil im Schnitt.

Das Steuerventil 1 ist gebildet aus einem Gehäuse 2 mit einem Abgaskanal 3, der an eine Abgasleitung 4 anschließbar ist, die den Abgas- und den Luftan­ saugkanal einer Brennkraftmaschine verbindet. In einer Erweiterung 5 des Abgaskanals 3 ist ein Flachsitz 6 einer Auslaßöffnung 7 der Abgasleitung angeordnet, die mit einem Flachschieber 8 zusammen­ wirkt, der mit einer Stange 9 verbunden ist, die durch eine Führung 10 abgedichtet ist.

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 Stange 9 trägt einen Magnetanker 11, der in ei­ nem Freiraum 12 mittig zwischen zwei Magnetspulen 13, 14 angeordnet ist. Am Anker 11 greifen entge­ gengesetzt wirkend zwei Federn 15, 16 derart an, daß sich im Ruhezustand die Federkräfte und die Massekräfte aufheben und der Anker 11 sich in obi­ ger Position befindet.

In dem als Flachsitz ausgebildeten Bauteil 6 und dem Flachschieber 8 sind eine Vielzahl von Durch­ trittsöffnungen 17 derart zueinander angeordnet, daß sie sich im Ruhezustand des schwingenden Sy­ stems nicht überschneiden, so daß kein Durchtritt des Abgases möglich ist.

Im erregten Zustand des Systems überfahren die Öff­ nungen 17 des Flachschiebers 8 die entsprechend zu­ geordneten Öffnungen 17 des Bauteils 6 periodisch in dem Maß, wie es die jeweilige Amplitude vorgibt und gibt damit einen Strömungsquerschnitt frei. Die Amplitude wird bei fester Frequenz vom Betriebszu­ stand durch Veränderung der den Magnetspulen 13, 14 zugeführten Stromstärke in Abhängigkeit von der er­ forderlichen Abgasrückführrate bestimmt. Die Ampli­ tude ist also über Kennfeld- oder Kennlinienwerte des Steuergerätes in einem Betriebspunkt jeweils fest vorgegeben, jedoch an sich variabel.

Vorteile

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

Claims (3)

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 ein eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen (17) aufweisender Flachschieber (8) Teil eines elektro­ magnetisch erregbaren, schwingenden Feder-Masse-Sy­ stems ist und mit einem eine entsprechende Vielzahl von Durchtrittsöffnungen (17) aufweisenden, feststehenden und als Flachsitz dienenden Bauteil (6) das in dem Abgaskanal befindliche Ventilteil bildet.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der aus den sich in Deckung be­ findlichen Durchtrittsöffnungen (17) des Flach­ schiebers (8) und des Bauteils (6) gebildete freie Strömungsquerschnitt des Ventilteils durch Änderung der Amplitude des schwingenden Systems veränderbar ist.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß kein freier Strömungsquerschnitt im Ruhe Zustand des schwingenden Systems gegeben ist.