[0001] Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor,
mit einem gesteuerten Ventil, dessen Ventilteller mit einem Ventilsitz zusammenwirkt,
mit einem den Ventilsitz enthaltenden Ventilgehäuse, das in Strömungsrichtung der
Abgase vor dem Ventilsitz einen Abgaseinlaß und hinter dem Ventilsitz einen Abgasauslaß
sowie einen, ein Stellantriebs-Gehäuse tragenden Ventilstutzen aufweist, wobei der
Abgaseinlaß über ein Abgasrückführrohr mit der Abgasseite und der Abgasauslaß über
ein Verbindungsrohr mit der Ansaugseite des Verbrennungsmotors in Verbindung stehen
und wobei die mit dem Stellantrieb verbundene Ventilspindel des Ventils sich durch
den Ventilstutzen erstreckt.
[0002] Um eine Reduzierung der Stickstoffoxide (NO
x) in den Abgasen von Verbrennungsmotoren zu erreichen, ist es bekannt, einen Teil
der Abgase von der Abgasseite des Verbrennungsmotors zur Ansaugseite desselben zurückzuführen.
Die zurückgeführte Abgasmenge muß jedoch in Abhängigkeit von mehreren Faktoren, wie
z.B. der Temperatur des Motors (Temperatur des Kühlmittels), der angesaugten Luftmenge
und der Drehzahl, sehr genau geregelt werden, um schlechte Laufeigenschaften in der
Startphase zu vermeiden und eine möglichst hohe Reduzierung des Stickstoffoxidanteiles
während des Betriebes zu gewährleisten. Zur Regelung der zurückgeführten Abgasmenge
ist zwischen dem von den Abgaskrümmern kommenden Abgasrückführrohr und dem zur Ansaugseite
des Motors führenden Verbindungsrohr ein Ventil vorgesehen, welches durch einen Stellantrieb,
z.B. eine vakuum-beaufschlagbare Membrane gesteuert wird. Um die zurückgeführte Abgasmenge
zu optimieren wird eine elektronische Regelung verwendet, die in Abhängigkeit von
den vorgenannten verschiedenen Parametern das auf die Membrane einwirkende Vakuum
und damit die Ventilstellung des Ventil steuert. Eine solche elektronische Regelung
(Pressure Drop Feedback Electronic δPFE) weist ein vorprogammiertes elektronisches
Kontroll-Modul auf, an dessen Eingängen die Drehzahl, Kühlmitteltemperatur und der
Luftdurchsatz eingegeben werden. Das Kontroll-Modul sendet ein Signal an einen Vakuum-Regler,
der das auf die Membrane einwirkende Vakuum steuert. Die Membrane öffnet das Ventil
der Ventilanordnung entsprechend dem Vakuumdruck. In dem Abgasrückführrohr ist eine
Kontroll-Drosselöffnung vorgesehen. Ein Wandler vergleicht den vor und hinter der
Drosselöffnung herrschenden Druck und sendet ein Rückmeldesignal an das Kontroll-Modul.
Jede Abweichung hiervon bewirkt wiederum eine Steuerung des Ventils mittels dem Unterdruckregler
und der Membran.
[0003] Bei der eingangs erwähnten bekannten Ventilanordnung ist ein aus Druckguß bestehendes
Gehäuse vorgesehen, welches verhältnismäßig große Bauabmessungen und ein dementsprechendes
hohes Gewicht aufweist. Um eine einwandfreie Funktionsweise des Ventils sicherzustellen
ist der Ventilsitz als separates Drehteil ausgebildet und in das Gußgehäuse eingesetzt.
Das Abgasrückführrohr ist mit einer Überwurfschraube und einer diese zurückhaltenden
Bördelung versehen. Die Überwurfschraube ist in ein Gewinde am Abgaseinlaß des Gußgehäuses
eingeschraubt. An der Abgasauslaßseite weist das Gußgehäuse einen Flansch auf, an
welchem das mit einem Gegenflansch versehene Verbindungsrohr befestigt ist. Das Membrangehäuse
ist an dem Gußgehäuse mit drei Schrauben befestigt. Die Herstellung des Gußgehäuses
ist jedoch verhältnismäßig teuer, da der Ventilsitz gesondert hergestellt und in das
Gußgehäuse eingebaut werden muß. Außerdem müssen auch noch das Gewinde am Abgaseinlaß
und der Flansch am Abgasauslaß bearbeitet werden. Zusätzlich ist es erforderlich,
das Abgasrückführrohr mit einer Überwurfschraube und der Bördelung und das Verbindungsrohr
mit einem Gegenflansch zu versehen. Das Gußgehäuse ist auch verhältnismäßig groß und
schwer. Wegen der großen Masse sind zu seiner Befestigung stabile und damit in der
Herstellung ebenfalls teure und entsprechend schwere Halter erforderlich. Da die Winkelstellung
eines am Gußgehäuse vorgesehenen Einlaßkrümmers gegenüber dem am Abgasauslaß vorgesehenen
Flansch festgelegt ist und nicht verändert werden kann, sind für verschiedene Motorentypen
meist auch unterschiedliche Gußgehäuse erforderlich, was die Herstellungskosten zusätzlich
verteuert. Insgesamt ist auch der Montageaufwand verhältnismäßig groß, denn der Ventilsitz
muß in das Gußgehäuse eingepreßt werden und die Verschraubung des Abgasrückführrohres
und des Verbindungsrohres mit dem Gußgehäuse erfordert einen entsprechenden Zeitaufwand.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung für eine Abgasrückführung
bei einem Verbrennungsmotor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die einfacher
herstellbar ist, ein geringeres Gewicht und kleinere Bauabmessungen aufweist und auch
einen geringeren Montageaufwand erfordert.
[0005] Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das Ventilgehäuse durch einen
Endabschnitt des Abgasrückführrohres selbst gebildet ist, daß der Ventilsitz durch
eine mittels spanloser Umformung im Endabschnitt geformte Einschnürung gebildet ist,
daß der Ventilstutzen durch das an die Einschnürung anschließende Rohrteil des Endabschnittes
gebildet ist, daß dieses Rohrteil seitlich mit einer den Abgasauslaß bildenden Öffnung
versehen ist und daß das Verbindungsrohr oder ein Abschnitt desselben im Bereich dieser
Öffnung an das Rohrteil angelötet ist.
[0006] Die Herstellung und der Montageaufwand werden hauptsächlich dadurch vereinfacht,
daß das Ventilgehäuse durch einen Endabschnitt des Abgasrückführrohres selbst gebildet
ist und damit das Gußgehäuse entfällt. Die am Endabschnitt des Abgasrückführrohres
vorzunehmenden Bearbeitungen können weitgehend spanlos und mit den Maschinen und Vorrichtungen
erfolgen, die ohnehin zur Herstellung des Abgasrückführrohres erforderlich sind. Da
der Ventilsitz durch eine Einschnürung des Abgasrückführrohres selbst gebildet ist,
entfällt eine separate Herstellung und Montage des Ventilsitzes. Außerdem entfällt
auch der Montageaufwand, der sonst zur Verbindung des Gußgehäuses mit dem Abgasrückführrohr
erforderlich ist, denn das Abgasrückführrohr bildet gleichzeitig auch das Ventilgehäuse.
Die Verbindung des Verbindungsrohres oder eines Teil desselben mit dem Rohrteil des
Abgasrückführrohres erfordert ebenfalls einen geringen Montageaufwand, denn hierzu
ist es nur erforderlich, das Verbindungsrohr oder einen Teil desselben mit dem Abgasrückführrohr
zu verlöten. Da an dem Abgasrückführrohr normalerweise weitere Lötvorgänge erforderlich
sind, die unter Vakuum vorgenommen werden, kann das Verlöten des Verbindungsrohres
gleichzeitig mit den weiteren Lötvorgängen in einem Arbeitsgang erfolgen. Besonders
vorteilhaft wirken sich jedoch auch die kleinen Bauabmessungen und vor allem das geringe
Gewicht aus, welches der das Ventilgehäuse bildende Endabschnitt des Abgasrückführrohres
gegenüber einem aus Guß bestehenden Ventilgehäuse hat. Infolge des geringeren Gewichtes
und der geringeren Masse ist das Schwingungsverhalten der neuen Ventilanordnung wesentlich
günstiger und leicht beherrschbar. Die zur Befestigung an dem Motor erforderlichen
Halter können wesentlich einfacher und leichter ausgebildet sein. Durch das Verlöten
des Verbindungsrohres bzw. eines Teiles desselben mit dem Rohrteil des Abgasrückführrohres
durch Löten entfällt auch die umständliche Flanschverbindung und es können gegebenenfalls
zur Verbindung eines Abschnittes des Verbindungsrohres mit einem weiteren Abschnitt
desselben handelsübliche Standardverschraubungen verwendet werden. Desweiteren kann
die neue Ventilanordnung auch leicht den verschiedensten Motortypen angepaßt werden,
denn die Winkelstellung des Abgaszuführrohres gegenüber dem Verbindungsrohr oder eines
Abschnittes desselben kann durch entsprechende Ausgestaltung der Rohrbiegungen des
Abgaszuführrohres leicht verändert werden. Desweiteren ist es auch möglich, durch
Verwendung von Abgasrückführrohren mit unterschiedlichen Durchmessern die gesamte
Ventilanordnung, falls erforderlich, den Leistungen der jeweiligen Motoren anzupassen.
[0007] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
[0008] Die Erfindung ist in folgendem, anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
[0009] Die Zeichnung zeigt:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles der Ventilanordnung,
- Fig. 2
- ein zweites Ausführungsbeispiel im Längsschnitt.
[0010] Die in Fig. 1 gezeigte Ventilanordnung umfaßt ein gesteuertes Ventil 1, dessen Ventilteller
1a mit einem Ventilsitz 2 zusammenwirkt und dessen Ventilspindel 1b mit einer im Stellantriebs-Gehäuse
3 angeordneten Membrane 4 verbunden ist. Durch die Rückstellfeder 5 wird die Membrane
4 in Schließrichtung des Ventiles 1 belastet. Im Oberteil 3a des Stellbantriebs-Gehäuses
3 ist ein Vakuumanschluß 6 vorgesehen, der unter Zwischenschaltung eines elektronisch
gesteuerten Druckreglers an eine Vakuumquelle angeschlossen ist, welche üblicherweise
durch die Lufteinlaßkammer des Verbrennungsmotors gebildet wird.
[0011] Das Abgasrückführrohr 7 ist mit seinem einen Ende 7a an die Abgasseite des nicht
dargestellten Verbrennungsmotors, z.B. dem Abgaskrümmer, angeschlossen. Der andere
Endabschnitt 7b des Abgasrückführrohres 7 bildet das Ventilgehäuse für das Ventil
1. Durch spanlose Verformung, insbesondere durch sogenanntes Hämmern, des Abgasrückführrohres
ist im Endabschnitt 7b eine Einschnürung 8 gebildet. Durch diese Einschnürung 8 ist
der Innendurchmesser D1 des Abgasrückführrohres 7, der beispielsweise bei einem Außendurchmesser
von 16 mm und 0,8 mm Wandstärke 13,4 mm beträgt, im Bereich der Einschnürung 8 auf
einen kleinsten Innendurchmesser D2 von etwa 5 - 6 mm verengt. Durch den oberhalb
dieser Verengung liegenden Teil der Einschnürung 8 wird der Ventilsitz 2 für den Ventilteller
1a gebildet. Durch die Pfeile S ist die Strömungsrichtung der Abgase angedeutet. Der
in Strömungsrichtung an die Einschnürung 8 anschließende Rohrteil 9 des Endabschnittes
7b bildet einen Ventilstutzen, durch den sich die Ventilspindel 1b erstreckt. Das
Rohrteil 9 dient auch als Träger für das Stellantriebs-Gehäuse 3. Das Unterteil 3b
desselben ist mit einem angeformten Stutzen 10 versehen, der in das Rohrteil 9 gesteckt
und vorzugsweise mit dem Rohrteil verlötet ist. Auf diese Weise wird mit einem verhältnismäßig
geringen Herstellungs- und Montageaufwand eine feste Verbindung zwischen dem Abgasrückführrohr
7 und dem Stellantriebs-Gehäuse geschaffen Gegebenenfalls könnte das Stellantriebs-Gehäuse
3 aber auch lösbar mit dem Rohrteil 9, beispielsweise durch ein Gewinde, verbunden
sein, jedoch würde dies einen erhöhten Herstellungs- und Montageaufwand bedeuten.
[0012] In den Stutzen 10 ist ein, beispielsweise aus Bronze bestehender Führungskörper 11
eingesetzt, der eine Führungsbohrung 12 für die Ventilspindel 1b aufweist. Der Führungskörper
11 weist eine Umfangsnut auf, in welche ein Federring 13, z.B. ein Runddrahtsprengring
gemäß DIN 7993, eingesetzt ist. Durch diesen Federring 13 ist der Führungskörper 11
im Stutzen 10 gegen axiale Verschiebung gesichert.
[0013] Das Rohrteil 9 ist oberhalb des Ventiles 1 und unterhalb des Stutzens 10 seitlich
mit einer den Abgasauslaß bildenden Öffnung 14 versehen. Die Öffnung 14 ist dabei
zweckmäßig von einem aus der Wandung des Rohrteiles ausgeformten Kragen 15 umgeben.
Das Ausformen des Kragens 15 kann in herkömmlicher Weise durch ein sogenanntes "Aushals-Verfahren"
gebildet werden, bei dem zunächst mit einem geeigneten Werkzeug in der Wandung des
Rohres eine Bohrung erzeugt wird und beim Rückzug des Werkzeuges der Kragen 15 geformt
wird. Durch den Kragen 15 wird eine größere Lötfläche geschaffen. Das Verbindungsrohr
16, welches zur Zurückführung der Abgase zu der Ansaugseite des Verbrennungsmotors,
beispielsweise der nicht dargestellten Lufteinlaßkammer dient, ist an die Öffnung
14 angeschlossen. Das Verbindungsrohr 16 ist zu diesem Zweck in den Kragen 15 eingesteckt
und dort verlötet. Anstelle des kompletten Verbindungsrohres könnte auch nur ein Abschnitt
desselben mit dem Kragen 15 verlötet sein, wobei dann dieser Abschnitt zur Verbindung
mit dem übrigen Verbindungsrohr die strichpunktiert dargestellte Standard-Rohrverschraubung
aufweist.
[0014] Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß das Abgasrückführrohr 7 in einem
vor der Einschnürung 8 liegenden Bereich in bekannter Weise eine weitere Einschnürung
18 aufweisen kann. Diese Einschnürung 18 bildet eine zur Druckmessung vorgesehene
Venturi-Düse. Zur Messung des im Abgasrückführrohr herrschenden Druckes ist vor und
hinter der Einschnürung 18 je ein Meßstutzen 19 in ähnlicher Weise eingelötet, wie
das Verbindungsrohr 16. Die Meßstutzen 19 sind an den eingangs erwähnten Wandler angemessen,
der die Druckdifferenz mißt und entsprechende Rückmeldesignale an das ebenfalls eingangs
erwähnte Kontroll-Modul abgibt. Mittels der Druckdifferenz kann der tatsächliche Abgas-Durchfluß
im Abgasrückführrohr gemessen werden.
[0015] Das Abgasrückführrohr 7 und auch die Meßstutzen 19 bestehen üblicherweise aus rostfreiem
Stahl. Die Meßstutzen 19 werden üblicherweise unter Anwendung von Vakuum eingelötet.
Das Einlöten des Verbindungsrohres 16 oder eines Abschnittes desselben im Kragen 15,
sowie das Einlöten des Stutzens 10 im Rohrteil 9 kann gleichzeitig mit dem Einlöten
der Meßstutzen 19 erfolgen und erfordert somit keinen wesentlichen zusätzlichen Herstellungsaufwand.
Gegenüber den herkömmlichen Verbindungsverfahren durch Verschraubung hat jedoch das
Einlöten den wesentlichen Vorteil, daß der Montageaufwand verringert wird und daß
eine starre Verbindung geschaffen wird, die sich auch bei Vibrationen nicht lösen
kann.
[0016] Da gemäß der Erfindung das Ventilgehäuse durch einen Endabschnitt 7b des Abgasrückführrohres
7 gebildet wird, weist das Ventilgehäuse gegenüber herkömmlichen Gußgehäusen eine
verhältnismäßig geringe Masse auf. Da außerdem das Ventilgehäuse eine Einheit mit
dem Abgasrückführrohr 7 bildet und dieses ohnehin an verschiedenen Stellen mit dem
Verbrennungsmotor verbunden ist, ist im Bereich des Ventiles nur ein einfacher und
leichter Halter 20 erforderlich, der beispielsweise in Form einer Rohrschelle im Bereich
der Einschnürung 8 an dem Endabschnitt 7b angreifen kann.
[0017] Durch die bereits eingangs beschriebene elektronische Steuerung des im Oberteil 3a
herrschenden Vakuumdruckes wird die Membrane 4 mehr oder weniger mit Vakuum beaufschlagt
und damit der Ventilteller 1a mehr oder weniger vom Ventilsitz 2 abgehoben. Durch
die jeweilige Ventilstellung wird die durch das Abgasrückführrohr 7 von der Abgasseite
des Verbrennungsmotors abgezogene und über das Verbindungsrohr 16 zur Ansaugseite
des Motors zurückgeführte Abgasmenge geregelt.
[0018] Die Steuerung des Ventils 1 kann durch jeden beliebigen Stellantrieb, zum Beispiel
auch elektrische oder elektronische erfolgen. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist in dem Stellantriebs-Gehäuse 23 ein Elektromagnet 24 angeordnet, dessen Anker
24a mit der Ventilspindel 1b verbunden ist und dessen Magnetspule 24b über die Stromanschlüsse
26 mit Steuerstrom versorgt wird. Das Unterteil 23b des Stellantriebs-Gehäuses 23
ist mit einem angeformten Stutzen 10' versehen, der in das Rohrteil 9 gesteckt ist.
Durch den Elektromagneten 24 und die Ventilspindel 1b wird der Ventilteller 1a mehr
oder weniger vom Ventilsitz 2 abgehoben. Die übrigen Teile der Ventilanordnung entsprechen
den Teilen der in Fig. 1 gezeigten Ventilanordnung und wurden deshalb mit demselben
Bezugzeichen versehen. Die vorstehende Beschreibung trifft sinngemäß auch auf das
in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zu.
1. Ventilanordnung für eine Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor, mit einem gesteuerten
Ventil, dessen Ventilteller mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, mit einem den Ventilsitz
enthaltenden Ventilgehäuse, das in Strömungsrichtung der Abgase vor dem Ventilsitz
einen Abgaseinlaß und hinter dem Ventilsitz einen Abgasauslaß sowie einen ein Stellantriebs-Gehäuse
tragenden Ventilstutzen aufweist, wobei der Abgaseinlaß über ein Abgasrückführrohr
mit der Abgasseite und der Abgasauslaß über ein Verbindungsrohr mit der Ansaugseite
des Verbrennungsmotors in Verbindung stehen und wobei die mit dem Stellantrieb verbundene
Ventilspindel des Ventils sich durch den Ventilstutzen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse durch einen Endabschnitt (7b) des Abgasrückführrohres (7)
selbst gebildet ist, daß der Ventilsitz (2) durch eine mittels spanloser Umformung
im Endabschnitt geformte Einschnürung (8) gebildet ist, daß der Ventilstutzen durch
das an die Einschnürung (8) anschließende Rohrteil (9) des Endabschnittes (7b) gebildet
ist, daß dieses Rohrteil (9) seitlich mit einer den Abgasauslaß bildenden Öffnung
(14) versehen ist und daß das Verbindungsrohr (16) oder ein Abschnitt desselben im
Bereich dieser Öffnung (14) an das Rohrteil (9) angelötet ist.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (14) von einem aus der Wandung des Rohrteils (1) ausgeformten Kragen
(15) umgeben ist, in welchem das Verbindungsrohr (16) oder ein Abschnitt desselben
eingelötet ist.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (8) durch Hämmern der Rohrwandung des Abgasrückführrohres (7)
gebildet ist.
4. Ventilanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Innendurchmesser (D2) der Einschnürung (8) etwa 1/2 bis 1/3 so
groß ist wie der Innendurchmesser (D1) des Abgasrückführrohres (7).
5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterteil (3b, 23b) des Stellantriebs-Gehäuses (3, 23) mit einem angeformten
Stutzen (10, 10') versehen ist und daß dieser Stutzen (10, 10') in das Rohrteil (9)
gesteckt und mit dem Rohrteil verlötet ist.