DE69814768T2

DE69814768T2 - Abgasrückführungsventil

Info

Publication number: DE69814768T2
Application number: DE69814768T
Authority: DE
Inventors: Martin John Leighton Buzzard Field; Bernd Jakob Ballmert; Laurence Alexander Collins; Robert James Moran
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2018-08-06
Also published as: GB2329001B; GB9718679D0; EP0900930B1; GB2329001A; DE69814768D1; EP0900930A3; US6039034A; EP0900930A2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasrückführungsventil (AGR-Ventil) für einen Dieselmotor oder einen Benzin-Direkteinspritzungs-(GDI)-Motor.
Hintergrund der Erfindung
Die Abgasrückführung wird verwendet, um zuzulassen, dass eine kontrollierten Menge von sauerstoffabgereichertem Abgas mit Einlassluft, die zur Verbrennung in den Zylindern des Motors zu einem Motor strömt, gemischt werden kann. AGR-Ventile werden verwendet, um die NO_x-Emissionen von Motorabgasen zu verringern. Elektrisch betätigte AGR-Ventile sind nun wohl bekannt für derzeit verwendete Benzinmotoren. Jedoch sind diese Konstruktionen eines AGR-Ventils auf Grund der im Wesentlichen unterschiedlichen Anforderungen und Betriebsbedingungen eines Dieselmotors im Vergleich zu einem Benzinmotor im Allgemeinen für Dieselmotoren ungeeignet. Dieselmotoren, die AGR-Ventile verwenden, sind bekannt, jedoch werden diese AGR-Ventile durch große, vakuumbetriebene Membranen betrieben, welche im Allgemeinen zu langsam sind.
Die WO 8901105 beschreibt ein elektrisch gesteuertes AGR-Ventil umfassend einen Ventilschaft, der exzentrisch von einer Drehachse angeordnet und axial relativ zu einem Ventilsitz beweglich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein AGR-Ventil zu schaffen, welches zur Verwendung mit einem Motor, der hohe AGR-Raten erfordert, geeignet ist.
Ein Abgasrückführungsventil gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einbau zwischen einem Lufteinlass und einer Auspuffanlage eines Motors umfasst ein Gehäuse mit einer ersten Bohrung zur Verbindung mit dem Lufteinlass und einer zweiten Bohrung zur Aufnahme von Abgas von der Auspuffanlage, wobei die zweite Bohrung in einem Winkel zu der ersten Bohrung angeordnet ist und sich in die erste Bohrung hinein öffnet; einen Ventilschaft, der sich von der ersten Bohrung in die zweite Bohrung hinein erstreckt; einen Ventilsitz in der zweiten Bohrung an der Öffnung der zweiten Bohrung in die erste Bohrung hinein; einen Ventilteller an dem Ventilschaft innerhalb der zweiten Bohrung und normalerweise in Eingriff mit dem Ventilsitz; ein Exzenterantriebsmittel, das drehbar in der ersten Bohrung befestigt und mit dem Ventilschaft verbunden ist; ein Betätigungsmittel, das an dem Gehäuse befestigt und mit dem Exzenterantriebsmittel verbunden ist, welches bei Betätigung das Exzenterantriebsmittel dreht, um den Ventilschaft so zu bewegen, dass der Ventilteller außer Eingriff mit dem Ventilsitz gebracht wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ein AGR-Ventil, welches zur Verwendung mit einem Dieselmotor oder einem Motor, der hohe AGR-Raten erfordert, wie etwa ein GDI Motor, geeignet ist. Die vorliegende Erfindung kann auch zur Verwendung mit derzeitigen Benzinmotoren geeignet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I von 2 einer ersten Ausführungsform eines Abgasrückführungsventils gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von 1 ist;
3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Abgasrückführungsventils gemäß der vorliegenden Erfindung ist, wobei der Elektromotor zur größeren Klarheit weggelassen wurde;
4 eine Seitenansicht des Ventilschaftes, des Ventiltellers und des Exzenterantriebes des Abgasrückführungsventils von 3 ist;
5 eine Unteransicht des Gehäuses des Abgasrückführungsventils von 3 ist; und
6 bis 8 Querschnittsansichten einer Abwandlung des Abgasrückführungsventils von 3 bei verschiedenen Betriebsstufen sind.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird die erste Ausführungsform eines Abgasrückführungs-(AGR-)Ventils 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches zwischen einem Lufteinlass und einer Auspuffanlage eines Diesel- oder anderen Motors eines Kraftfahrzeuges eingebaut werden kann. Das AGR-Ventil 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einer ersten Bohrung 14 zur Verbindung mit dem Lufteinlass und einer zweiten Bohrung 16 zur Aufnahme von Abgas von der Auspuffanlage. Die zweite Bohrung 16 ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Bohrung 14 angeordnet, und die zweite Bohrung öffnet sich an einer Öffnung 18 in die erste Bohrung hinein. Eine Dichtung 20 kann verwendet werden, um eine Abdichtung an der Verbindung der ersten Bohrung 14 zu einer Öffnung in dem Lufteinlasskrümmer (nicht dargestellt) zu dem Dieselmotor zu schaffen. In ähnlicher Weise kann eine Dichtung 22 verwendet werden, um eine Abdichtung an der Verbindung der zweiten Bohrung 16 zu einer Öffnung in dem Auspuffrohr (nicht dargestellt) von dem Dieselmotor zu schaffen.
Ein Ventilschaft 24 erstreckt sich von der ersten Bohrung 14 durch eine Führung 26, die in der Öffnung 18 befestigt ist, und in die zweite Bohrung 16 hinein. Ein Ventilsitz 28 ist in der zweiten Bohrung 16 an der Öffnung 18 befestigt. Der Ventilsitz 28 ist entweder ein separater Einsatz, wie dargestellt, oder er kann einteilig in dem Gehäuse 12 ausgebildet sein. Ein Ventilteller 30 ist an dem Ende 32 des Ventilschaftes 24 innerhalb der zweiten Bohrung 16 gesichert, und greift normalerweise in den Ventilsitz 28 ein, um die Öffnung 18 zu schließen. Die anfängliche Stellung des Ventiltellers 30 wird eingestellt, indem der Ventilteller auf den Ventilschaft 24 aufgeschraubt wird, und dann der Ventilteller mit einer Sicherungsmutter 31, oder durch Schweißen, oder durch ein beliebiges anderes geeignetes Mittel fixiert wird. Alternativ kann der Ventilteller einteilig mit dem Vertilschaft ausgebildet sein.
Ein Betätigungsmittel in Form eines Elektromotors 34 ist an dem Gehäuse 12 befestigt und besitzt einen Schaft 36, welcher sich in die erste Bohrung 14 hinein erstreckt. Eine O-Ringdichtung 38 oder eine beliebige andere geeignete Abdichtung oder Dichtung dichtet die Öffnung 40 in dem Gehäuse 12, durch welches der Schaft 36 sich erstreckt, ab. Der Schaft 36 ist durch den Elektromotor 34 um eine Achse A herum drehbar, welche sich in eine Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Bohrung 16 verläuft. Ein Exzenterzapfen 42 ist an dem Schaft 36 befestigt. Der Exzenterzapfen 42 ist drehbar an dem anderen Ende 44 des Ventilschaftes 24 gesichert und in einer Stellung, welche zu der Achse A versetzt ist. Die Rotation des Schaftes 36 durch den Elektromotor 34 dreht daher den Exzenterzapfen um die Achse A herum, was den Ventilschaft 24 veranlasst, sich entlang seiner Achse hin und her zu bewegen, wodurch er den Ventilteller 30 in und außer Eingriff mit dem Ventilsitz 28 bewegt. Die Betätigung des Elektromotors 34 öffnet daher die Öffnung 18, um zuzulassen, dass Abgas in den Lufteinlass zu dem Motor eintritt. Der Betrieb des Elektromotors 34 kann durch ein beliebiges geeignetes Mittel gesteuert werden, wird jedoch vorzugsweise in Abhängigkeit von Signalen von einem Motorsteuerungssystem betrieben, welches von geeigneten Sensoren (nicht dargestellt) die erforderliche Stellung des Ventilschaftes 24 berechnen kann. Bei Abstellung des Elektromotors 34 bewegt sich der Ventilteller 30 unter dem Einfluss des Abgasdruckes, der auf den Ventilteller wirkt, und/oder einer Rückholfeder (nicht dargestellt), welche direkt auf den Ventilmechanismus und/oder auf das Betätigungsmittel wirkt, zurück in Eingriff mit dem Ventilsitz 28.
Die vorliegende Erfindung schafft ein AGR-Ventil 10, welches zur Verwendung mit einem Dieselmotor eines Kraftfahrzeuges, besonders mit Dieselmotoren bis zu etwa 3000 cm3, geeignet ist. Die Anordnung des Ventiltellers 30 und des Ventilsitzes 28 lässt zu, dass jegliches Abgas, welches hinter den Ventilteller sickert, in den Lufteinlasskrümmer eintritt, was das Risiko des Aussickerns in die Atmosphäre vermindert. Die Anordnung des Ventiltellers 30, der in der zweiten Bohrung 16 angeordnet ist, vermindert die Exposition des Exzentermechanismus gegenüber Abgas, wodurch das Risiko von Korrosionsschäden und Kohlenstoffablagerung an dem Exzentermechanismus vermindert wird. Das Abschließen des Ventiltellers 30 gegen den Ventilsitz 28 unter dem Einfluss des Abgasdruckes und/oder der Rückholfeder(n) schafft eine ausfallsichere Anordnung für das AGR-Ventil 10, insofern als das Ventil geschlossen ist, wenn der Elektromotor 34 ausfallen sollte.
Die zweite Ausführungsform eines AGR-Ventils 110 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in den 3 bis 5 dargestellt, ist eine Abwandlung der ersten Ausführungsform, und wo angebracht, wurde gleichen Teilen die selbe Bezugszahl gegeben, jedoch mit dem Präfix 100. Der Elektromotor wurde für größere Klarheit weggelassen, ist jedoch an der Platte 46 an dem Gehäuse 112 befestigt. In dieser zweiten Ausführungsform kann die erste Bohrung 114 in dem Lufteinlasskrümmer für den Dieselmotor angeordnet werden, und das Gehäuse 112 bildet daher einen Teil des Lufteinlasskrümmers. Der Schaft 136, welcher durch den Elektromotor gedreht wird, erstreckt sich vorzugsweise über die erste Bohrung 114. Der Schaft 136 und der Exzenterzapfen 142 sind daher in dem Strömungspfad der Luft zu dem Dieselmotor angeordnet. Die zweite Bohrung 116 hat Führungswände 48 darin ausgebildet, welche sicherstellen, dass der Ventilteller 130 während der Bewegung des Ventiltellers im Wesentlichen axial mit dem Ventilsitz 128 ausgerichtet bleibt.
Die zweite Ausführungsform kann ferner wie in den 6 bis 8 dargestellt modifiziert werden. In dieser Abwandlung ist der Ventilschaft 124 vorzugsweise durch ein Kugelgelenk 50 an dem Ventilteller 130 angeschlossen, um die Ausrichtung des Ventiltellers mit dem Ventilsitz 128 zu unterstützen, und ein Klappenventil oder eine Luftklappe 52 ist drehbar an dem Schaft 136 befestigt und kann bei bestimmten Orientierungen des Exzenterzapfens durch den Exzenterzapfen 142 bewegt werden. In 6 ist das AGR-Ventil geschlossen und Luft passiert die erste Bohrung 112 (in der Richtung des Pfeils X) im Wesentlichen ohne Begrenzung. In 7 ist das AGR-Ventil offen und Luft passiert die erste Bohrung 112 im Wesentlichen ohne Begrenzung, um sich mit dem Abgas zu vermischen, das durch die zweite Bohrung 114 eintritt. In 8 ist das AGR-Ventil offen, aber die Luftströmung durch die erste Bohrung 112 wird durch die Stellung der Luftklappe 52 begrenzt. Mit dieser Anordnung kann auch die Strömungsrate der Luft zu dem Motor, zusammen mit dem Betrieb des AGR-Ventils, durch einen einzelnen Elektromotor gesteuert werden.
Es sind Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsformen möglich. Zum Beispiel können andere Formen des Betätigungsgliedes neben einem Elektromotor verwendet werden.

Claims

Abgasrückführungsventil (10) zum Einbau zwischen einem Lufteinlass und einer Auspuffanlage eines Motors, umfassend ein Gehäuse (12) mit einer ersten Bohrung (14) zur Verbindung mit dem Lufteinlass und einer zweiten Bohrung (16) zur Aufnahme von Abgas von der Auspuffanlage, wobei die zweite Bohrung (16) in einem Winkel zu der ersten Bohrung (14) angeordnet ist und sich in die erste Bohrung hinein öffnet; einen Ventilschaft (24), der sich von der ersten Bohrung (14) in die zweite Bohrung (16) hinein erstreckt; einen Ventilsitz (28) in der zweiten Bohrung (16) an der Öffnung der zweiten Bohrung (16) in die erste Bohrung (14) hinein; einen Ventilteller (30) an dem Ventilschaft (24) innerhalb der zweiten Bohrung (16) und normalerweise in Eingriff mit dem Ventilsitz (28); ein Exzenterantriebsmittel (42, 142), das drehbar in der ersten Bohrung (14) befestigt und mit den Ventilschaft (24) verbunden ist; ein Betätigungsmittel (34), das an dem Gehäuse (12) befestigt und mit dem Exzenterantriebsmittel (42, 142) verbunden ist, welches bei Betätigung das Exzenterantriebsmittel (42, 142) dreht, um den Ventilschaft (24) so zu bewegen, dass der Ventilteller (30) außer Eingriff mit dem Ventilsitz (28) gebracht wird.
Abgasrückführungsventil nach Anspruch 1, worin die ersten und zweiten Bohrungen (14, 16) sich im Wesentlichen senkrecht zu einander erstrecken.
Abgasrückführungsventil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Betätigungsmittel ein Elektromotor (34) ist, welcher an dem Ge häuse befestigt ist und eine Antriebswelle (36) besitzt, die sich in die erste Bohrung (14) hinein erstreckt, wobei die Antriebswelle (36) eine Drehachse im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Bohrung (16) besitzt.
Abgasrückführungsventil nach Anspruch 3, worin das Exzenterantriebsmittel ein Exzenterzapfen (142) ist, welcher durch die Antriebswelle (36) gedreht wird und drehbar an einem von der Antriebswellenachse versetzten Punkt mit dem Ventilschaft verbunden ist.
Abgasrückführungsventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die erste Bohrung (14) einen Abschnitt eines Lufteinlasskrümmers für den Dieselmotor definiert.
Abgasrückführungsventil nach Anspruch 5, worin ein Klappenventil (52) schwenkbar in der ersten Bohrung befestigt ist und bei Betätigung des Betätigungsmittels durch das Exzenterantriebsmittel (142) bewegt werden kann.