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(11) |
EP 1 362 985 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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25.11.2009 Patentblatt 2009/48 |
(22) |
Anmeldetag: 11.02.2003 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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Ventilsystem
Valve system
Système de soupapes
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE ES FR GB IT |
(30) |
Priorität: |
16.05.2002 DE 10221711
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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19.11.2003 Patentblatt 2003/47 |
(73) |
Patentinhaber: Pierburg GmbH |
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41460 Neuss (DE) |
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Erfinder: |
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- Köster, Andreas
45149 Essen (DE)
- Vitt, Stefan
41472 Neuss (DE)
- Dismon, Heinrich
52538 Gangelt (DE)
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(74) |
Vertreter: Patentanwälte ter Smitten |
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Burgunder Strasse 29 40549 Düsseldorf 40549 Düsseldorf (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 971 113 WO-A1-02/25152 US-A- 4 027 636
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EP-A2- 1 091 112 DE-A1- 19 948 379
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventilsystem für Verbrennungskraftmaschinen
zur Abgasrückführung mit einer Antriebswelle, einer exzentrisch angetriebenen Kupplungseinheit
und zumindest zwei Ventilen, wobei jedes der Ventile zumindest aus einer Ventilstange,
einem Ventilschließkörper und einem Ventilsitz besteht und wobei die Kupplungseinheit
eine Wirkverbindung zwischen der Antriebseinheit und den mindestens zwei Ventilstangen
derart herstellt, dass die rotatorische Bewegung der Antriebseinheit in eine lineare
Bewegung der Ventilstangen umgewandelt wird.
[0002] Das Prinzip eines solchen Ventilsystems wird beispielsweise in der
US 4,027,636 offenbart. Hier werden über eine Nockenwelle zwei Ventile betätigt, von denen eines
ein Abgasrückführventil ist und eines im Lufteinlasskanal angeordnet ist und somit
als Luftdrossel dient. Eine Entkoppelung zweier Abgasstränge sowie eine Regelung eines
Abgastromes in zwei Abgassträngen mittels eines regelbaren Antriebs wird jedoch nicht
offenbart. Nachteilig ist auch der benötigte große Bauraum.
[0003] In der Europäischen Patentanmeldung
EP 10 91 112 A2 und der
EP 0 971 113 A2 werden AGR-Ventile beschrieben, welche im wesentlichen eine Antriebseinheit, eine
Getriebeeinheit mit einem über einen Zapfen exzentrisch angeordneten Lager als Kupplungsteil
und ein Ventil mit Ventilstange, Ventilschließglied und Ventilsitz aufweisen, wobei
die Getriebeeinheit mit der Ventilstange in Wirkverbindung steht und dadurch das Ventil
öffnen oder schließen kann. Des weiteren weist sie eine Auslaßöffnung und eine Einlaßöffnung
auf.
[0004] Häufig ist es jedoch notwendig, die in einer Verbrennungskraftmaschine vorhandenen
Abgasstränge voneinander zu entkoppeln. Dies ist beispielsweise bei Motoren in V-Bauform,
bei denen das Abgas aus beiden Zylinderbänken zurückgeführt wird, der Fall. Dadurch
wird es notwendig, für jeden Abgasstrang ein Ventil zur Abgasrückführung zu verwenden.
Dabei wird jedes Ventil durch einen eigenen Antrieb betätigt. Dies führt zu einem
hohen Kosten- und Montageaufwand. Zusätzlich muß jedes einzelne Ventil mit einer eigenen
Sensorik zur Feststellung des Ventilhubes ausgestattet und mit der Auswerteeinheit
verbunden werden.
[0005] Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ventilsystem zu schaffen,
welches die oben genannten Nachteile vermeidet und zudem einfach aufgebaut und kostengünstig
herzustellen ist.
[0006] Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.
[0007] Vorteilhafterweise besteht die Kupplungseinheit aus einem durch die Antriebswelle
exzentrisch angetriebenen Koppelelement und mindestens zwei fest mit dem Koppelelement
verbundenen Kupplungssträngen, wobei die Kupplungsstränge jeweils aus einem ersten
Exzenter, einer in einem Lager angeordneten Verbindungswelle, die an ihrem ersten
Ende mit dem ersten Exzenter und an ihrem zweiten Ende mit einem zweiten Exzenter
fest verbunden ist und einem fest mit dem zweiten Exzenter verbundenen Lagerelement
bestehen.
[0008] Ein derartig gestaltetes Ventilsystem benötigt somit zur Betätigung mehrerer Ventile
nur noch eine Antriebseinheit und gegebenenfalls eine Sensoreinheit. Des weiteren
wird für die Ventile nur noch ein Gehäuse benötigt, so daß das gesamte Ventilsystem
fertig vormontiert am Ansaugstrang bzw. den Abgassträngen angebracht werden kann.
Dies reduziert sowohl den mechanischen als auch den elektrischen Montageaufwand erheblich,
wodurch zusätzlich zu den reduzierten Bauteilkosten auch eine Reduzierung der Montagekosten
entsteht.
[0009] Des weiteren ist es möglich, die Ventile je nach Winkelstellung des jeweils ersten
zum jeweils zweiten Exzenter eines Kupplungsstranges entweder synchron, also gleichzeitiges
Öffnen und Schließen der Ventile, insbesondere bei Verbrennungsmotoren in V-Bauform
oder asynchron, also zeitlich versetztes Öffnen und Schließen der Ventile, zu betätigen.
Dadurch wird eine Vielzahl von Einbaumöglichkeiten für ein solches Ventilsystem geschaffen.
[0010] Dadurch, daß als Lagerelemente Wälz- oder Gleitlager eingesetzt werden, kann des
weiteren eine besonders einfache und robuste Ausführungsform des Ventilsystems geschaffen
werden.
[0011] Eine besonders einfache Form der Lagerung der Verbindungswelle der beiden Exzenter
wird dadurch geschaffen, daß das Lager mit dem Gehäuse des Ventilsystems verbunden
ist. Die Wälzlager sind vorteilhafterweise in Kulissen angeordnet, die mit den Ventilstangen
fest verbunden sind, so daß eine Zwangsführung der Ventilstangen entsteht.
[0012] Bei einem Anbau dieses Ventilsystems an Saugrohre aus Kunststoff oder Magnesium kann
eine Wasserkühlung in das Gehäuse integriert werden.
[0013] Auf diese Art und Weise wird somit ein Ventilsystem geschaffen, welches einfach und
robust aufgebaut ist und zusätzlich Gewicht spart. Des weiteren erreicht man eine
hohe Flexibilität bezüglich Einbau und Vormontage. Durch die Zwangsführung können
des weiteren die Ventile aktiv geschlossen und auch zugehalten werden.
[0014] Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Ventilsystems ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird nachfolgend beschrieben.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventilsystems
mit geschnittenem Gehäuse und ohne Gehäusedeckel.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Ventilsystems ohne Antriebseinheit
und ohne Gehäusedeckel mit geschnittenem Gehäuse.
Figur 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt des Ventilsystems ohne
Gehäusedeckel und hier insbesondere eine erfindungsgemäße Kupplungseinheit und eine
Kulisse zur Zwangsführung, mit Pfeilen zur Verdeutlichung der Bewegungsrichtung der
einzelnen Bauteile der Kupplungseinrichtung.
Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Abtriebsteil der Kupplungseinheit
bei asynchronem Betrieb.
[0015] Das dargestellte Ventilsystem besteht aus einer Antriebseinheit 1, welche einen Elektromotor
2 mit einem Planetenstandgetriebe 3 und einer aus einem Motorgehäuse 4 austretenden
Antriebswelle 5 besteht. Auf dem Ende der aus dem Motorgehäuse 4 austretenden Antriebswelle
5 ist ein exzentrisch angeordneter Mitnehmer 6 fest angebracht, der wiederum über
einen Stift 7 mit einem Koppelelement 8, welches lotrecht zur Antriebswelle 5 steht,
drehbar verbunden ist. Die Drehbewegung der Antriebswelle 5 wird über dieses Koppelelement
auf zwei baugleiche Kupplungsstränge 9 übertragen. Der exzentrisch angeordnete Mitnehmer
6, der Stift 7, das Koppelelement 8 und die beiden Kupplungsstränge 9 bilden eine
Kupplungseinheit 10. Jeder der beiden Kupplungsstränge 9 besteht aus einem ersten
Exzenter 11, der wiederum über einen Stift 12 mit dem Koppelelement 8 verbunden ist,
sowie einer in einem Lager 13, welches in Bezug auf die Antriebswelle 5 fest angebracht
ist, angeordneten Verbindungswelle 14, die den ersten Exzenter 11 mit einem zweiten
Exzenter 15 verbindet. Dieser zweite Exzenter 15 ist wiederum über einen Stift 16
mit einem Lagerelement, in diesem Fall einem Wälzlager 17 verbunden. Dieses Wälzlager
17 bildet gleichzeitig das Endglied der Kupplungseinheit 10 bzw. der beiden Kupplungsstränge
9. Die beiden Wälzlager 17 sind jeweils in einer Kulisse 18 angeordnet, die die Bewegung
der Kupplungseinheit 10 bzw. des Wälzlagers 17 auf zwei Ventilstangen 19, die gleichzeitig
durch die Kulisse 18 zwangsgeführt werden, überträgt.
[0016] In Figur 3 sind die einzelnen Bewegungsrichtungen der Bauelemente der Kupplungseinheit
10 noch einmal durch Pfeile dargestellt. Im einzelnen wird die Drehbewegung der Antriebswelle
5 durch den exzentrisch angeordneten Mitnehmer 6 im wesentlichen in eine horizontale
Bewegung des Koppelelementes 8 umgewandelt. Über die beiden Exzenter 11 und 15 sowie
die Verbindungswelle 14 wird diese horizontale Bewegung im wesentlichen über die feststehende
rotierende Verbindungswelle 14 in eine rotatorische Bewegung des zweiten Exzenters
15 umgewandelt. Dieser wiederum überträgt diese Bewegung auf die Wälzlager 17, woraus
eine im wesentlichen vertikale Bewegung der Kulissen 18 und somit der fest mit den
Kulissen verbundenen Ventilstangen 19 entsteht. Durch diese vertikale Bewegung werden
zwei Ventilteller 20, die fest mit den Ventilstangen 19 verbunden sind, gegen ihre
Ventilsitze 21, die Teil eines Gehäuseteils 22 sind, gepreßt. Durch die Bewegung der
Antriebswelle 5 in entgegengesetzte Richtung werden die Ventilteller vom Ventilsitz
21 abgehoben, wodurch eine fluidische Verbindung zwischen Auslaßöffnung 23 und Einlaßöffnung
24 hergestellt wird. Zur stromlosen Rückstellung des Ventiltellers 20 ist ein Federelement
25 vorgesehen, welches die Ventilstange 19 in Richtung des Lagers 17 unter Vorspannung
hält. Diese Vorspannung entsteht durch Einbringen des Federelementes 25 zwischen einer
Auflagefläche 26 des Gehäuseteils 22 und einem Auflagering 27, welcher entweder Teil
der Kulisse 18 ist, oder wie im Ausführungsbeispiel ein unter der Kulisse 18 angeordneter
Federteller ist. Bei einem Ausfall des Elektromotors 2 wird also der Auflagering 27
der Kulisse 18 in Richtung des Wälzlagers 17 durch die Kraft des Federelementes 25
belastet und somit der Ventilteller 20 über die Ventilstange 19 gegen den Ventilsitz
21 gepreßt.
[0017] Das Gehäuseteil 22 ist so aufgebaut, daß es nicht nur den Ventilsitz 21, die Auslaßöffnung
23, die Einlaßöffnung 24 sowie die Auflagefläche 26 für das Federelement 25 beinhaltet,
sondern zusätzlich zwei Lageraufnahmesockel 28 aufweist, die die Lager 13 der Verbindungswellen
14 aufnehmen. Das gesamte Ventilsystem wird durch einen in den Zeichnungen nicht dargestellten
Gehäusedeckel verschlossen.
[0018] Durch die Trennung der Abgasstränge im Einlaßbereich können die Ventile je nach Stellung
des jeweils ersten Exzenters 11 zum zweiten Exzenter 15 entweder synchron, was insbesondere
bei Verbrennungsmotoren in V-Bauform sinnvoll ist, oder wie in Figur 4 dargestellt
asynchron betätigt werden. Hier ist der zweite Exzenter 15 eines Kupplungsstranges
9 um 180° im Vergleich zu dem Exzenter 15 des anderen Kupplungsstranges gedreht, wodurch
eine entgegengesetzte Bewegung der beiden Ventilstangen 19 entsteht. Je nach Anwendung
ist jedoch jede Winkelstellung der beiden Exzenter 15 zueinander vorstellbar.
[0019] Vorteilhafterweise kann in das Gehäuse eine Wasserkühlung integriert werden, was
es möglich macht, dieses Ventil bei Einsatz als Abgasrückführventil auch an Saugrohren
aus Kunststoff oder Magnesium anzubringen.
[0020] Mit der erfindungsgemäßen Ausführung liegt eine Konstruktion vor, bei der durch Einsatz
der Kupplungseinheit zwei oder mehrere Ventile mit einem Stellantrieb unabhängig voneinander
betätigt werden. Eine solche Ausführung reduziert Kosten, Bauraum und die Anzahl der
Bauteile und somit Gewicht. Des weiteren werden die Ventile durch die Zwangsführung
aktiv geschlossen und auch in dieser Schließstellung gehalten.
[0021] Veränderungen bezüglich der Ausführung, beispielsweise einer Mehrteiligkeit des Gehäuses
oder einer anderen Ausführung der Ventile zum Beispiel als Kegelventil o.ä. beschränken
den Schutzbereich der Erfindung nicht.
1. Abgasrückführventilsystem für Verbrennungskraftmaschinen zur Abgasrückführung mit
einer Antriebswelle (5), einer exzentrisch angetriebenen Kupplungseinheit (10) und
zumindest zwei Ventilen, wobei jedes der Ventile zumindest aus einer Ventilstange
(19), einem Ventilschließkörper (20) und einem Ventilsitz (21) besteht und wobei die
Kupplungseinheit (10) eine Wirkverbindung zwischen der Antriebseinheit (1) und den
mindestens zwei Ventilstangen (19) derart herstellt, dass die rotatorische Bewegung
der Antriebseinheit (1) in eine lineare Bewegung der Ventilstangen (19) umgewandelt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest zwei Ventile, eine Antriebseinheit (1), die Antriebswelle (5) und die
exzentrisch angetriebene Kupplungseinheit (10) in einem Gehäuse (4, 22) angeordnet
sind, wobei die zumindest zwei Ventile in einer Ebene, die lotrecht zur Antriebswelle
(5) der Antriebseinheit (1) verläuft, angeordnet sind und zumindest zwei Abgasstränge
im Einlassbereich des Abgasrückführventilsystems trennen .
2. Ventilsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinheit (10) aus einem durch die Antriebswelle (5) exzentrisch angetriebenen
Koppelelement (8) und mindestens zwei fest mit dem Koppelelement (8) verbundenen Kupplungssträngen
(9) besteht, wobei die Kupplungsstränge (9) jeweils aus einem ersten Exzenter (11),
einer in einem Lager (13) angeordneten Verbindungswelle (14), die an ihrem ersten
Ende mit dem ersten Exzenter (11) und an ihrem zweiten Ende mit einem zweiten Exzenter
(15) fest verbunden ist und einem fest mit dem zweiten Exzenter (15) verbundenen Lagerelement
(17) bestehen.
3. Ventilsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile je nach Winkelstellung des jeweils ersten Exzenters (11) zum jeweils
zweiten Exzenter (15) eines Kupplungsstranges (9) entweder synchron, insbesondere
bei Verbrennungsmotoren in V-Bauform, oder asynchron betätigbar sind.
4. Ventilsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente Wälzlager (17) sind.
5. Ventilsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente Gleitlager sind.
6. Ventilsystem nach Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerelemente (13) der Verbindungswelle (14) fest mit dem Gehäuseteil (22) verbunden
sind.
7. Ventilsystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (17) in Kulissen (18) angeordnet sind, die mit den Ventilstangen (19) fest
verbunden sind, so daß die Ventilstangen (19) zwangsgeführt sind.
8. Ventilsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasserkühlung im Gehäuseteil (22) angeordnet ist.
1. Exhaust gas recirculation valve system for internal combustion engines for the recirculation
of exhaust gas, comprising a drive shaft (5), an eccentrically driven coupling unit
(10) and at least two valves, each of said valves being formed at least by a valve
rod (19), a valve closing body (20) and a valve seat (21), and wherein the coupling
unit (10) causes an operative connection between the drive unit (1) and the at least
two valve rods (19) such that the rotational movement of the drive unit (1) is translated
into a linear movement of the valve rods (19), characterized in that said at least two valves, said one drive unit (1), said drive shaft (5), and said
eccentrically driven coupling unit (10) are arranged in a housing (4, 22), said at
least two valves being arranged on a plane perpendicular to the drive shaft (5) of
the drive unit (1) and separating at least two exhaust lines in the inlet region of
the exhaust gas recirculation valve system.
2. Valve system of claim 1, characterized in that the coupling unit (10) is formed by a coupling element (8) driven eccentrically by
said drive shaft (5) and at least two coupling trains (9) rigidly connected with said
coupling element (8), said coupling trains (9) each being formed by a first eccentric
(11), a connecting shaft (14) located in a bearing (13), which shaft has its first
end rigidly connected with said first eccentric (11) and has its second end rigidly
connected with a second eccentric (15), and by a bearing element (17) rigidly connected
with the second eccentric (15).
3. Valve system of claim 1 or 2, characterized in that, depending on the angular position of the respective first eccentric (11) with respect
to the respective second eccentric (15) of a coupling train (9), said valves can be
operated either synchronously, especially with internal combustion engines of the
V-shaped structure, or asynchronously.
4. Valve system of claim 2, characterized in that the bearing elements are roller bearings (17).
5. Valve system of claim 2, characterized in that the bearing elements are slide bearings.
6. Valve system of claim 2, 4 or 5, characterized in that the bearing elements (13) of the connecting shaft (14) are rigidly connected with
the housing part (22).
7. Valve system of claim 4 or 5, characterized in that the bearings (17) are arranged in slotted links (18) rigidly connected with said
valve rods (19) so that the valve rods (19) are positively guided.
8. Valve system of one of the preceding claims, characterized in that a water cooling is provided in the housing part (22).
1. Système de vannes à récirculation de gaz d'échappement pour moteurs à combustion interne
pour la récirculation de gaz d'échappement, comprenant un arbre d'entraînement (5),
une unité d'accouplement (10) entraînée de manière excentrique, et au moins deux vannes,
chaque vanne étant composée au moins d'une tige de vanne (19), un corps de fermeture
de vanne (20) et un siège de vanne (21), et l'unité d'accouplement (10) formant une
liaison active entre l'unité d'entraînement (1) et les au moins deux tiges de vanne
(19) de sorte que le mouvement en rotation de ladite unité d'entraînement (1) est
traduit en un mouvement linéaire des tiges de vanne (19), caractérisé en ce que lesdites au moins deux vannes, ladite une unité d'entraînement (1), l'arbre d'entraînement
(5) et l'unité d'accouplement (10) entraînée de manière excentrique sont disposés
dans un carter (4, 22), lesdites au moins deux vannes étant arrangées dans un plan
perpendiculaire à l'arbre d'entraînement (5) de ladite unité d'entraînement (1) et
séparant au moins deux chaînes de gaz d'échappement dans la région d'entrée du système
de vannes à récirculation de gaz d'échappement.
2. Système de vannes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'accouplement (10) est composée d'un élément de couplage (8) entraîné de
manière excentrique par ledit arbre d'entraînement (5) et d'au moins deux chaînes
d'accouplement (9) rigidement raccordées audit élément de couplage (8), chacune desdites
chaînes d'accouplement (9) étant formée par un premier excentrique (11), un arbre
de liaison (14) disposé dans un palier (13), dont la première extrémité est rigidement
raccordée au premier excentrique (11) et la deuxième extrémité est rigidement fixée
à un deuxième excentrique (15), et un élément de palier (17) rigidement fixé audit
deuxième excentrique (15).
3. Système de vannes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les vannes sont opérables de manière synchrone, notamment pour des moteurs à combustion
en V, ou asynchrone, en fonction de la position angulaire dudit premier excentrique
(11) respectif par rapport audit deuxième excentrique (15) respectif d'une chaîne
d'accouplement (9).
4. Système de vannes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de palier sont des paliers à rouleau (17).
5. Système de vannes selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de palier son des paliers lisses.
6. Système de vannes selon la revendication 2, 4 ou 5, caractérisé en ce que les éléments de palier (13) de l'arbre de liaison (14) sont rigidement fixés à l'élément
carter (22).
7. Système de vannes selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les paliers (17) sont disposés dans des coulisses (18) rigidement fixées auxdites
tiges de vanne (19) de sorte que lesdites tiges de vanne (19) sont guidées par guidage
forcé.
8. Système de vannes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une refroidissement par eau est prévue dans l'élément carter (22).
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
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