Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Gehäuse 12 mit einem Abgaseinlasskanal 16 und zwei Abgasauslasskanälen 18, 19, die über Öffnungen 14, 15 mit dem Abgaseinlasskanal 16 verbunden sind oder einen Abgasauslasskanal 16 und zwei Abgaseinlasskanälen 18, 19, die Über Öffnungen 14, 15 mit dem Abgasauslasskanal 16 verbunden sind. Weiterhin ist eine Antriebsvorrichtung 20 enthalten, die ein Antriebsmittel und eine Kupplungsvorrichtung 22 mit einer Antriebswelle 24 aufweist, wobei ein erstes und ein zweites Ventil 30, 31 mit der Antriebsvorrichtung 20 verbunden sind. Die Ventile 30, 31 bestehen aus einer Ventilstange 32, 33 und einem an der Ventilstange 32, 33 angeordneten Ventilglied 34, 35, wobei die Ventilglieder die Öffnungen 14, 15 beherrschen. Erfindungsgemäß weist die Kupplungsvorrichtung 22 zwei Schwingen 40, 42 auf, wobei die Ventile 30, 31 durch Betätigung der Schwingen 40, 42 bewegbar sind.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Gehäuse mit einem Abgaseinlasskanal und zwei Abgasauslasskanälen, die über Öffnungen mit dem Abgaseinlasskanal verbunden sind oder einen Abgasauslasskanal und zwei Abgaseinlasskanälen, die über Öffnungen mit dem Abgasauslasskanal verbunden sind, Weiterhin ist eine Antriebsvorrichtung enthalten, die ein Antriebsmittel und eine Kupplungsvorrichtung mit einer Antriebswelle aufweist, wobei ein erstes und ein zweites Ventil mit der Antriebsvorrichtung verbunden sind. Die Ventile bestehen aus einer Ventilstange und einem an der Ventilstange angeordneten Ventilglied, wobei die Ventilglieder die Öffnungen beherrschen.

[0002] Um die bei der Verbrennung entstehenden Stickoxide (NO_x) in einer Verbrennungskraftmaschine zu reduzieren, wurden Abgasrückführungssysteme eingeführt. Dabei wird das Abgas im Allgemeinen über Abgaskühler oder über eine Bypass-Leitung zum Saugrohr zurückgeführt, so dass das entstehende Gemisch als Folge einen geringeren Anteil Sauerstoff aufweist. Dieser geringere Anteil Sauerstoff führt zu kleineren Verbrennungstemperaturen und somit zu einer Reduzierung der Schadstoffemissionen. Die Steuerung der rückzuführenden Abgasmengen wird über Abgasrückführungsventile und/oder über die Bypass-Ventile geregelt. In der Vergangenheit wurden Abgasrückführungssysteme verwendet, bei denen die einzelnen Ventile jeweils über einen separaten Aktuator gesteuert wurden.

[0003] Aus der DE 10 2005 044 089 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms bekannt, bei weicher die Ventile über eine mit einem einzelnen Aktuator verbundene Steuermechanik geöffnet werden und in Schließrichtung über Federn kraftbeaufschlagt sind. Aufgrund der verbauten Federn muss der Aktuator hohe Kräfte aufbringen, um gegen die von den Federn wirkenden Kräfte das jeweilige Ventil öffnen zu können. Zudem führt der Kontakt der Nocken mit den Ventilen zu hohen Reibungskräften. Hohe Temperaturen, die chemische Aggressivität des Abgases sowie die Verschmutzung durch das Abgas können dazu führen, dass die Ventilen in der geöffneten Position hängenbleiben. Da eine Rückstellung lediglich passiv durch die Federkraft möglich ist, müssen diese sehr stark ausgelegt werden.

[0004] Aufgabe der Erfindung demgegenüber ist es, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms zu schaffen, die eine höhere Lebensdauer gewährt, bei der geringe Betätigungskräfte erforderlich sind und die auf einfache Weise eine aktive Rückstellung der Ventile ermöglicht.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms mit dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.

[0006] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms umfasst ein Gehäuse mit einem Abgaseinlasskanal und zwei Abgasauslasskanälen, die über Öffnungen mit dem Abgaseinlasskanal verbunden sind oder einen Abgasauslasskanal und zwei Abgaseinlasskanälen, die über Öffnungen mit dem Abgasauslasskanal verbunden sind. Weiterhin ist eine Antriebsvorrichtung enthalten, die ein Antriebsmittel und eine Kupplungsvorrichtung mit einer Antriebswelle aufweist, wobei ein erstes und ein zweites Ventil mit der Antriebsvorrichtung verbunden sind. Die Ventile bestehen aus einer Ventilstange und einem an der Ventilstange angeordneten Ventilglied, wobei die Ventilglieder die Öffnungen beherrschen. Erfindungsgemäß weist die Kupplungsvorrichtung zwei Schwingen auf, wobei die Ventile durch Betätigung der Schwingen bewegbar sind.

[0007] Ein derartiger Aufbau ergibt eine Abgasrückführvorrichtung mit einer höheren Lebensdauer, da deutlich verringerte Reibungskräfte entstehen, so dass der Verschleiß einer solchen Vorrichtung minimiert wird.

[0008] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Schwingen über zwei an der Antriebswelle angeordnete Nocken betätigbar. Ein derartiger Aufbau benötigt nur einen Aktuator für die zwei zu betätigenden Ventile.

[0009] Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms ein Brückenelement auf, dass über ein an der Antriebswelle angeordneten dritten Nocken betätigbar ist. Auf diese Weise ist ein Einbau von kraftbeaufschiagten Federn, die die entsprechenden Ventile aus der Öffnungsposition in die Schließposition zurückführen, nicht notwendig, da eine aktive Rückführung der Ventile über das eine Brückenelement möglich ist.

[0010] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die drei Nocken an der Antriebswelle in axialer Richtung hintereinander angeordnet, wodurch Überschneidungen der Erhebungen herstellbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die ersten beiden Nocken einen gleichen Umfang auf, wobei der Umfang des dritten Nockens kleiner ist als der Umfang der Nocken eins und zwei. Somit werden gleiche Öffnungsquerschnitte realisiert.

[0011] Vorzugsweise ist der dritte Nocken in axialer Richtung zur Antriebswelle zwischen den ersten beiden Nocken angeordnet, wodurch es auf einfache Weise ermöglicht wird, die Ventile über eine Brücke aktiv zu schließen.

[0012] An jeder Schwinge ist vorzugsweise ein Lager befestigt, welches als Kraftangriffspunkt des Nockens dient, so das eine deutlich geringere Reibungskraft vorherrscht. Somit werden der Verschleiß und die Betätigungskraft deutlich minimiert.

[0013] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Ventile am zum Drehpunkt entgegengesetzten Ende der Schwinge angebracht, wobei die Schwingen über jeweils ein Hebelelement, welches zwei Drehachsen aufweist, an dem Gehäuse drehbar befestigt sind. Somit können die Ventile bei einer Fixierung an der Schwinge rein translatorisch geführt werden.

[0014] Vorzugsweise ist das Brückenelement im wesentlichem V-Förmig ausgebildet und mit seinem Scheitelpunkt auf dem dritten Nocken aufgesetzt, wobei das Brückenelement mit seinen beiden distalen Enden mit den Ventilen derart in einer Wirkverbindung steht, dass eine Schließkraft auf das jeweilige zu schließende Ventil ausübbar ist. Diese Art von Aufbau bietet eine einfache Möglichkeit einer aktiven Rückführung der Ventile, so dass Verklebungen aktiv gelöst werden können.

[0015] Vorzugsweise ist das Lager ein Wälzlager. Wälzlager unterliegen einem geringeren Verschließ.

[0016] Vorzugsweise ist das Brückenelement elastisch. So können Maßungenauigkeiten zwischen den Nocken aufgehoben werden, so dass ein Verklemmen der Kupplungsvorrichtung durch die gegensinnige Kraftbeaufschlagung durch die Brücke und die zugehörige Schwinge verhindert wird.

[0017] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0018] Es zeigt:

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Antriebswelle und der zu den ersten beiden Nocken angeordneten beiden Lager.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine, die ein Gehäuse 12 aufweist, welches einen Abgaseinlasskanal 16 und zwei Abgassauslasskanäle 18, 19 aufweist, die über Öffnungen 14, 15 mit dem Abgasseinlasskanal 16 verbunden sind,

[0019] In das Gehäuse 12 ragt eine von einem nicht dargestellten Aktuator angetriebene Antriebswelle 24, die drei in axialer Richtung hintereinander angeordnete Nocken 26, 27, 28 aufweist, wobei der Nocken 28 in dieser Schnittansicht nicht sichtbar ist. Ferner sind in dem Gehäuse 12 zwei Schwingen 40, 42 angeordnet, wobei die Schwinge 42 in dieser Schnittansicht ebenfalls nicht sichtbar ist. Jede Schwinge 40, 42 weist jeweils ein befestigtes Lager 41, 43 auf, wobei die Lager 41, 43 so angeordnet sind, dass die Schwingen 40, 42 über die an der Antriebswelle 24 angeordneten Nocken 26, 27 betätigbar sind.

[0020] Jede Schwinge 40, 42 ist an einem ersten Ende über ein Hebelelement 50, 54 an dem Gehäuse 12 drehbar befestigt. Jedes Hebelelement 50, 54 weist zwei Drehachsen auf, die durch Bolzen 51, 52, 53 gebildet werden, wobei für das Hebelelement 54 in dieser Schnittansicht nur ein Bolzen 53 sichtbar ist. Am zum ersten Ende entgegengesetzten Ende der Schwingen 40, 42 ist jeweils ein Ventil 30, 31 angebracht, reiches jeweils aus einer Ventilstange 32, 33 und einem Ventilglied 34, 35 besteht, wobei die Ventilstange 32, 33 über Bolzen 55 (Bolzen für Schwinge 42 in dieser Ansicht nicht sichtbar) an der jeweiligen Schwinge 40, 42 drehbar befestigt sind und über Ventilführungen 36, 37 in dem Gehäuse 12 translatorisch geführt werden. Die Ventilglieder 34, 35 beherrschen die Öffnungen 14, 15. Die Ventile 30, 31 werden durch die Betätigung der Antriebswelle 24 über die Nocken 26, 27 und die Lager 41, 43 der jeweiligen Schwingen 40, 42 bewegt.

[0021] Für die Rückführung der Ventile 30, 31 ist ein im Wesentlichen V-Förmig ausgebildetes Brückenelement 44 vorgesehen, welches mit seinem Scheitelpunkt 45 auf dem dritten Nocken 28 aufgesetzt ist und über diesen dritten Nocken 28 betätigbar ist. Das Brückenelement 44 ist mit seinen beiden distalen Enden mit den Ventilen 30, 31 derart verbunden, dass eine Schließkraft auf das jeweilige zu schließende Ventil 30, 31 ausgeübt werden kann und die von dem distalen Ende des Brückenelements 44 auf das Ventil 30, 31 übertragen wird.

[0022] Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der Antriebswelle 24 mit drei in axialer Richtung hintereinander angeordneten Nocken 26, 27, 28 und den zu den ersten beiden Nocken 26, 27 gehörenden Lager 41, 43, die an der jeweiligen Schwinge 40, 42 über Bolzen 46, 47 befestigt sind.

[0023] Bei der Nullstellung der Vorrichtung 10 sind beide Ventile 30, 31 im geschlossenen Zustand. Eine Drehung der Antriebswelle 24 bewirkt, dass der Nocken 26 das Lager 41 der Schwinge 40 trifft, wobei die Schwinge 40 betätigt wird. Die Schwinge 40 ist mit ihrem zum Ventil 30 entgegengesetztem Ende über das Hubelelement 50 an dem Gehäuse 12 befestigt. Um die durch den Bolzen 51 gebildete erste Drehachse führt das Hubelelement 50 eine Schwenkbewegung in Richtung des Ventils 30 aus, die auf die Schwinge 40 übertragen wird. Gleichzeitig wird durch die zweite Drehachse des Hebelelementes 50, die durch den Bolzen 52 gebildet wird, eine Kippbewegung der Schwinge 40 ausgeführt, wobei die Drehachse, die durch den Bolzen 52 gebildet wird, nicht starr ist, sondern die Drehbewegung des Hebelelementes 50 um die Drehachse 51 mit vollzieht. Über einen weiteren dritten Drehpunkt, der durch den Bolzen 55 gebildet wird, kann somit das Ventil 30 durch die Betätigung der Schwinge 40 in einer rein translatorischen Bewegung in die Öffnungsstellung gezwungen werden.

[0024] Bei weiterer Drehung wird das Brückenelement 44 über den Nocken 28 derart betätigt, dass das zur Schwinge 40 liegende distale Ende des Brückenelements 44 das Ventil 30 in die Schließstellung zwingt. Sobald der Schließvorgang des Ventils 30 abgeschlossen ist und das Ventil 30 wieder geschlossen ist, wird der Öffnungsvorgang des Ventils 31 mit den dazugehörenden entsprechenden Komponenten und einem identischen Mechanismus wie beim Ventil 30 durchgeführt. Dabei wird das Ventil 30 solange von dem Brückenelement 44 geschlossen gehalten, bis das Ventils 31, den Schließvorgang abgeschlossen hat und der Zyklus neu startet. Die Antriebswelle 24 kann entweder vollständig rotatorisch oder richtungswechseind angetrieben werden, wobei bei der wechselnde rotatorischen Bewegung die Antriebwelle 24 bis zu einem Endpunkt gedreht wird, der durch das vollständige Öffnen der Ventile definiert ist.

[0025] Dadurch, dass die Schwingen über zwei an der Antriebswelle angeordnete Nocken betätigbar sind, benötigt ein derartiger Aufbau nur einen Aktuator für die zwei zu betätigenden Ventile. Über das Brückenelement das über ein an der Antriebswelle angeordneten Nocken betätigbar ist, ist ein Einbau von kraftbeaufschlagten Federn, die die entsprechenden Ventile aus der Öffnungsposition in die Schließposition zurückführen, nicht notwendig, da eine aktive Rückführung der Ventile über das eine Brückenelement möglich ist. Diese Art von Aufbau bietet eine einfache Möglichkeit einer aktiven Rückführung der Ventile, so dass Verklebungen aktiv gelöst werden können. Über die an jeder Schwinge befestigten Lager, welche als Kraftangriffspunkte für die Nocken dienen, herrscht eine deutlich geringere Reibungskraft vor. Somit werden der Verschleiß und die Betätigungskraft deutlich minimiert. Da die Ventile am zum Drehpunkt entgegengesetzten Ende der Schwinge drehbar angebracht sind, können die Ventile bei einer Fixierung an der Schwinge rein translatorisch geführt werden.

[0026] 5 Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Konstruktive Änderungen bzgl. der Ausbildung des Gehäuses oder der Lage der Nocken zueinander sind denkbar. Insbesondere könnten durch eine geänderte Nockenform und Anordnung auch andere Stellungen der Ventile zueinander angefahren werden,

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend
ein Gehäuse (12) mit einem Abgaseiniasskanal (16) und zwei Abgasauslasskanälen (18, 19), die über Öffnungen (14, 15) mit dem Abgaseinlasskanal (16) verbunden sind oder einem Abgasauslasskanal (16) und zwei Abgaseinlasskanälen (18, 19), die über Öffnungen (14, 15) mit dem Abgasauslasskanal (16) verbunden sind,
eine Antriebsvorrichtung (20), die ein Antriebsmittel und eine Kupplungsvorrichtung (22) mit einer Antriebswelle (24) aufweist, einem ersten und einem zweiten Ventil (30, 31), die mit der Antriebsvorrichtung (20) verbunden sind, wobei die Ventile (30, 31) aus einer Ventilstange (32, 33) und einem an der Ventilstange (32, 33) angeordneten Ventilglied (34, 35) bestehen und wobei die Ventilgliedes (34, 35) die Öffnungen (14, 15) beherrschen,
dadurch gekennzeichnet dass,
die Kupplungsvorrichtung (22) zwei Schwingen (40, 42) aufweist, wobei die Ventile (30, 31) durch Betätigung der Schwingen (40, 42) bewegbar sind.

2. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet dass,
die Schwingen (40, 42) über zwei an der Antriebswelle (24) angeordnete Nocken (26, 27) betätigbar sind.

3. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet dass,
das ein Brückenelement (44) über ein an der Antriebswelle (24) angeordneten dritten Nocken (28) betätigbar ist.

4. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet dass,
die drei Nocken (26, 27, 28) der Antriebswelle (24) in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.

5. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet dass,
die ersten Nocken (26, 27) einen gleichen Umfang aufweisen und der Umfang des dritten Nockens (28) kleiner ist als der Umfang der ersten beiden Nocken (26, 27).

6. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet dass,
der dritte Nocken (28) in axialer Richtung zwischen den beiden Nocken (26, 27) angeordnet ist.

7. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet dass,
an jeder Schwinge (40, 42) ein Lager (41, 43) befestigt ist, welches als Kraftangriffspunkt des Nockens (26, 27) dient.

8. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass,
die Ventile (30, 31) am zum Drehpunkt entgegengesetzten Ende der Schwinge (40, 42) angebracht sind.

9. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass,
die Schwingen (40, 42) über jeweils ein Hebelelement (50, 54), weiches zwei Drehachsen aufweist, an dem Gehäuse (12) drehbar befestigt sind.

10. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet dass,
das Brückenelement (44) im wesentlichem V-förmig ausgebildet ist.

11. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet dass,
das Brückenelement (44) mit seinem Scheitelpunkt (45) auf dem dritten Nocken (28) aufgesetzt ist.

12. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 und 11,
dadurch gekennzeichnet dass,
das Brückenelement (44) mit seinen beiden distalen Enden mit den Ventilen (30, 31) derart in Wirkverbindung steht, dass eine Schließkraft auf das jeweilige zu schließende Ventil (30, 31) ausübbar ist,

13. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet dass,
das Lager (41, 43) ein Wälzlager ist.

14. Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 12 ,
dadurch gekennzeichnet dass,
das Brückenelement (44) elastisch ausgebildet ist.

Zeichnung