[0001] Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einem Ansaugkanal, einem Abgasrückführkanal, der in den Ansaugkanal mündet, einem
Gehäuse, in dem der Ansaugkanal und zumindest eine Mündung des Abgasrückführkanals
ausgebildet sind, einer als Drehachse dienenden Welle, die im Gehäuse bezüglich des
Luftstroms stromaufwärts der Mündung des Abgasrückführkanals und außerhalb des Durchströmungsquerschnitts
angeordnet ist und senkrecht zu den Mittelachsen des Ansaugkanals und des Abgasrückführkanals
angeordnet ist, einem Regelkörper, der exzentrisch an der Welle befestigt ist, und
über die der Regelkörper im Ansaugkanal drehbar ist, einem ersten Ventilsitz, an dem
der Regelkörper in einer ersten Endstellung anliegt, in der der Regelkörper den Ansaugkanal
verschließt und einem zweiten Ventilsitz, an dem der Regelkörper in einer zweiten
Endstellung anliegt, in der der Regelkörper den Abgasrückführkanal verschließt.
[0002] Regelvorrichtungen werden in Verbrennungskraftmaschinen genutzt, um Abgas- oder Luftmengen
zu regeln, die abgeführt oder der Verbrennung zugeführt werden sollen. Auch Kombinationen
dieser Regelventile, bei denen zwei Ventilkörper über eine gemeinsame Stellvorrichtung
betätigt werden, sind bekannt. Insbesondere wurden Kombinationen eines Abgasrückführventils
mit einer Drosselklappe offenbart. Bei diesen Ausführungen mündet der Abgasrückführkanal
unmittelbar stromabwärts der als Drosselventil dienenden Klappe in den Luftansaugkanal.
Bei gewünschter Erhöhung der Abgasrückführrate wird dann mit Öffnen des Abgasrückführventils
in gleichem Maße die Drosselklappe geschlossen, was eine Erhöhung des Druckgefälles
im Abgasrückführkanal zur Folge hat, wodurch der Anteil des Abgases im Vergleich zur
angesaugten Luftmenge erhöht wird. Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in
der
DE 27 03 687 A1 offenbart.
[0003] Aus der
DE 10 2012 101 851 B4 ist ebenfalls eine solche Regelvorrichtung bekannt, bei der zwei parallel angeordnete
Klappen über eine gemeinsame Drehwelle betätigt werden, so dass mit Drehung der beiden
Klappen sich die erste Klappe vom Ventilsitz des Luftansaugkanals entfernt während
sich die zweite Klappe dem Ventilsitz des Abgasrückführkanals, der senkrecht zum Ventilsitz
des Luftansaugkanals angeordnet ist, nähert bis der Luftansaugkanal vollständig geöffnet
ist und der Abgasrückführkanal vollständig verschlossen ist. Sowohl für die den Abgasrückführkanal
beherrschende zweite Klappe als auch für die den Luftansaugkanal beherrschende erste
Klappe sind die Ventilsitze jeweils als umlaufende Anschläger ausgebildet, gegen die
die Klappen in ihrer den jeweiligen Kanal verschließenden Stellung umlaufend aufliegen.
Die Drehwelle ist an einer Gehäusewand zwischen der Mündung des Abgasrückführkanals
und dem Ventilsitz im Luftansaugkanal angeordnet, so dass die Strömung nicht durch
die Welle beeinflusst wird.
[0004] Durch diese bekannten Anordnungen wird zwar eine gute Regelung des Abgasrückführsystems
bei Minimierung der Kosten und Bauteile erreicht, jedoch hat es sich herausgestellt,
dass in einem mittleren Bereich des Öffnungswinkels der beiden Klappen über einen
Stellbereich von etwa 40% des Gesamtverstellweges praktisch keine Regelung stattfindet
und sowohl der Luftmassenstrom als auch der zurückgeführte Abgasstrom im Wesentlichen
unverändert bleiben. Eine Drosselung des Luftansaugkanals hat somit beinahe keinen
Einfluss auf die rückführbare Abgasmenge.
[0005] Dies führt dazu, dass in diesem Stellbereich die Regelung träge reagiert und gewünschte
Einstellzeiten zum Teil nicht eingehalten werden können.
[0006] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
zu schaffen, mit der eine möglichst genaue und schnelle Regelbarkeit des Luft- und
des Abgasstroms über einen möglichst großen Anteil des gesamten Stellbereich ermöglicht
wird. Hierzu soll auch im mittleren Stellbereich eine Änderung der Gasströme erzielt
werden.
[0007] Diese Aufgabe wird durch eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
[0008] Dadurch, dass eine durch den ersten Ventilsitz aufgespannte Ebene zur Mittelachse
des Ansaugkanals einen Winkel von 70° bis 80° einschließt, kann der Drehwinkelbereich,
in dem lediglich eine geringe Volumenstromänderung des Abgasstroms und des Luftstroms
festzustellen ist, auf etwa 20% des Stellbereiches reduziert werden. Dies ermöglicht
eine schnellere Regelung der zurückgeführten Abgasmenge und daraus resultierend können
Schadstoffemissionen reduziert werden.
[0009] Vorzugsweise ist eine durch den zweiten Ventilsitz aufgespannte Ebene parallel zur
Mittelachse des Ansaugkanals angeordnet und schließt zur durch den ersten Ventilsitz
aufgespannten Ebene einen Winkel von 70° bis 80° ein. Somit beträgt der zu durchfahrende
Drehwinkelbereich ebenfalls etwa 70° bis 80°. Dies bedeutet, dass der Stellbereich
im Vergleich zu bekannten Ausführungen verringert wird, jedoch ohne dass die Drehwinkelbereiche,
in denen ohnehin eine gute Regelbarkeit vorliegt, verkleinert würden. In diesen Bereichen
bleibt die Steigung der Regelkurve im Wesentlichen unverändert.
[0010] In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Regelkörper eine erste Klappe auf,
die mit dem ersten Ventilsitz zusammenwirkt und eine zweite Klappe auf, die mit dem
zweiten Ventilsitz zusammenwirkt, wobei die erste Klappe exzentrisch an der Welle
befestigt ist und die zweite Klappe an der ersten Klappe befestigt ist. Durch die
Ausführung mit zwei Klappen kann die Anordnung der Ventilsitze zueinander mit deutlich
ungenaueren Toleranzen erfolgen. Des Weiteren kann der Regelkörper vollständig aus
dem durchströmten Bereich des Luftansaugkanals herausgedreht werden.
[0011] Vorteilhaft ist es, wenn die zweite Klappe auf einer sich senkrecht zu den beiden
Klappen erstreckenden Halteachse, die fest mit der ersten Klappe verbunden ist, angeordnet
ist, wobei die zweite Klappe über eine Feder, die die Halteachse umgibt, axial gegen
einen Anschlag belastet ist und die Öffnung in der zweiten Klappe zur Aufnahme der
Halteachse einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist als die Halteachse, in
dem Abschnitt, an dem die zweite Klappe angeordnet ist. Dies hat zur Folge, dass die
zweite Klappe im Vergleich zur ersten Klappe und im Vergleich zur Welle auf der Halteachse
kippen kann und so über die Feder immer flächig auf den zweiten Ventilsitz gedrückt
wird, wodurch vorhandene Leckagen im geschlossenen Zustand des Abgasrückführkanals
minimiert werden.
[0012] In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung erstreckt sich die zweite Klappe
parallel zur ersten Klappe. Diese Ausführung ist besonders einfach herstellbar. Des
Weiteren konnten gerade bei der daraus folgenden senkrechten Anordnung der Mittelachse
des Luftansaugkanals zur Mittelachse des Abgasrückführkanals besonders gute, weitestgehend
lineare Regelkurven über einen großen Drehwinkelbereich erzielt werden.
[0013] Vorzugsweise ist der erste Ventilsitz durch ein axiales Ende eines ersten Gehäuseteils
des Gehäuses gebildet, welches in ein zweites Gehäuseteil des Gehäuses eingeschoben
ist, an welchem die Mündung des Abgasrückführkanals ausgebildet ist, wobei das erste
Gehäuseteil über einen Flansch mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden ist. Entsprechend
kann auf die Ausbildung eines Ventilsitzes, der im Innern des Gehäuses mechanisch
erzeugt werden muss, verzichtet werden. Auch entfallen komplizierte Gussformen zur
Herstellung eines vollumfänglich wirkenden Ventilsitzes. Das Gehäuse kann somit kostengünstig
mit geringem Aufwand hergestellt und montiert werden.
[0014] In einer hierzu weiterführenden vorteilhaften Ausführung weist das erste Gehäuseteil
einen geringeren Umfang auf als das zweite Gehäuseteil und der Regelkörper taucht
in seiner den Abgasrückführkanal verschließenden zweiten Endstellung in eine Ausnehmung
im zweiten Gehäuseteils ein, so dass der Durchströmungsquerschnitt des ersten Gehäuseteils
vollständig geöffnet ist. Dies hat zur Folge, dass bei vollständiger Öffnung des Luftansaugkanals
kein Strömungswiderstand vorhanden ist und somit große Luftmengen angesaugt werden
können. Auch in der teilweise geöffneten Stellung des Regelkörpers werden lediglich
glatte Strömungsflächen ohne zusätzliche Einbauten und daraus folgenden Strömungswiderständen
verwirklicht. Hierdurch entstehen weitestgehend lineare Regelkurven für die vorhandenen
Gasmassenströme.
[0015] Es wird somit eine Regelvorrichtung geschaffen, mit der sowohl der Luftmassenstrom
im Ansaugkanal als auch der Abgasmassenstrom des Abgasrückführkreises über einen sehr
großen Stellwinkelbereich schnell und genau entlang einer in weiten Teilen linearen
Kennlinie regelbar ist. Der Bereich, in dem bei Betätigung der Welle lediglich geringfügige
Massenstromänderungen erzielt werden, wird deutlich eingeschränkt. Somit wird die
Regelbarkeit des in den Ansaugkanal zurückgeführten Abgasmassenstroms deutlich verbessert.
[0016] Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist in den Figuren
dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
[0017] Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung mit
einem Regelkörper in einer ersten Endstellung in geschnittener Darstellung.
[0018] Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung aus Figur
1 mit einem Regelkörper in einer Mittelposition in geschnittener Darstellung.
[0019] Die Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung aus Figur
1 mit einem Regelkörper in einer zweiten Endstellung in geschnittener Darstellung.
[0020] Die Figur 4 zeigt eine Kennlinie der resultierenden Regelkurve der erfindungsgemäßen
Regelvorrichtung.
[0021] Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 10, welches einen
Ansaugkanal 12 begrenzt und in dem eine Mündung 14 eines Abgasrückführkanals 16 ausgebildet
ist. Der Ansaugkanal 12 verläuft im Wesentlichen in gerader Richtung, während der
Abgasrückführkanal 16 senkrecht zum Ansaugkanal 12 in diesen mündet.
[0022] Das Gehäuse 10 besteht aus einem ersten im Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten
Gehäuseteil 18, dessen stromabwärtiges Ende schräg ausgebildet ist und einen Winkel
α von etwa 75° zu einer Mittelachse 20 des Ansaugkanals 12 einschließt. Dieses erste
Gehäuseteil 18 ist im Innern eines zweiten Gehäuseteils 22 angeordnet, beziehungsweise
wird in das zweite Gehäuseteil 22 bis zur Anlage eines Flansches 24 eingeschoben,
über den das erste Gehäuseteil 18 mittels Schrauben 26 am zweiten Gehäuseteil 22 befestigt
ist. Das zweite Gehäuseteil 22 weist eine Öffnung 28 auf, welche in Strömungsrichtung
in kurzem Abstand hinter dem schrägen Ende des ersten Gehäuseteils 18 angeordnet ist
und welches als Aufnahme für ein drittes Gehäuseteil 30 dient, welches die Mündung
14 des Abgasrückführkanals 16 bildet, dessen Mittelachse 34 senkrecht zur Mittelachse
20 des Ansaugkanals 12 angeordnet ist.
[0023] Im Gehäuse 10 ist eine Welle 36 drehbar angeordnet, die über einen nicht sichtbaren
Aktor betätigt werden kann. Die Drehachse 38 dieser Welle 36 ist senkrecht zu den
Mittelachsen 20, 34 angeordnet und befindet sich zwischen der zur Welle 36 stromabwärtigen
Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 und dem axialen Ende des ersten Gehäuseteils
18 und unmittelbar stromabwärts des ersten Gehäuseteils 18. Der Durchströmungsquerschnitt
des ersten Gehäuseteils 18 ist kleiner als der des zweiten Gehäuseteils 22 des Ansaugkanals
12, wobei das erste Gehäuseteil 18 derart am zweiten Gehäuseteil 22 befestigt ist,
dass eine im Bereich der Mündung des Abgasrückführkanals 16 ausgebildete Ausnehmung
40 außerhalb des Durchströmungsquerschnitts angeordnet ist, in der die Welle 36 das
zweite Gehäuseteil 22 durchdringend angeordnet ist.
[0024] An dieser exzentrisch im Ansaugkanal 12 angeordneten Welle 36 ist ein Regelkörper
42 befestigt, der aus einer ersten Klappe 44 sowie einer über eine Halteachse 46 an
der ersten Klappe 44 befestigten zweiten Klappe 48 besteht. Die erste Klappe 44 erstreckt
sich gerade von der Welle 36 aus und beherrscht den Durchströmungsquerschnitt des
Ansaugkanals 12. Hierzu wirkt die erste Klappe 44 mit dem axialen Ende des ersten
Gehäuseteils 18 zusammen, das als erster Ventilsitz 50 dient, auf dem die Klappe 44
im den Ansaugkanal 12 verschließenden Zustand, wie er in Figur 1 dargestellt ist,
anliegt.
[0025] In der ersten Klappe 44 ist im zentralen Bereich eine Bohrung 52 ausgebildet, in
der die Halteachse 46 befestigt ist. Diese erstreckt sich zur zum ersten Gehäuseteil
18 gegenüberliegenden Seite senkrecht zur ersten Klappe 44. Die Halteachse 46 weist
mehrere axial hintereinanderliegende Abschnitte unterschiedlicher Durchmesser auf,
von denen der erste Abschnitt 54 die Bohrung 52 durchdringt und im hinteren Bereich
zur Erzeugung einer Nietverbindung umgeformt ist und der zweite, größere Abschnitt
56 flächig gegen die Klappe 44 anliegt. Ein dritter axialer Abschnitt 58 weist einen
kleineren Durchmesser als der zweite Abschnitt 56 auf, gefolgt von einem vierten Abschnitt
60 mit wiederum verkleinertem Durchmesser. Auf diesem vierten Abschnitt 60 ist die
zweite Klappe 48 angeordnet, welche eine zentrale Öffnung 62 aufweist, durch die die
Halteachse 46 dringt, wobei der Durchmesser dieser Öffnung 62 etwas größer ist als
der Durchmesser des vierten Abschnitts 60, wodurch die zweite Klappe 48 auf der Halteachse
46 leicht gekippt werden kann. Eine Feder 64 umgibt ebenfalls den vierten Abschnitt
60 und drückt die Klappe 48 gegen einen als Anschlag 65 dienenden kugeligen Absatz
zwischen dem dritten Abschnitt 58 und dem vierten Abschnitt 60. Als Widerlager für
diese Feder 64 dient eine Scheibe 66, welche auf einem fünften Abschnitt 68 der Halteachse
46 angeordnet ist, wo sie durch Umformen, eines die Scheibe 66 durchdringenden folgenden
Abschnitts 70 der Halteachse 46 befestigt wird. Diese Befestigung der zweiten Klappe
48 führt dazu, dass bei Drehung der Welle 36 in eine zweite Endstellung, wie sie in
Figur 3 dargestellt ist, in der die zweite Klappe 48 auf der als zweiten Ventilsitz
72 dienenden Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 aufliegt, ein vollständiger dichter
Verschluss des Abgasrückführkanals 16 erfolgt, da die Klappe 48 ihre Stellung durch
die mögliche Kippbewegung an die Lage des zweiten Ventilsitzes 72 anpassen kann, auch
wenn dieser nicht vollständig parallel zur Mittelachse 20 des Ansaugkanals 12 ausgebildet
ist.
[0026] Aus alledem folgt, dass zwischen einer Ebene 74, die durch den ersten Ventilsitz
50 aufgespannt wird und einer zweiten Ebene 76, die durch den zweiten Ventilsitz 72
aufgespannt wird, ein Winkel von 75° eingeschlossen wird, welcher gleichzeitig dem
Gesamtdrehwinkel der Welle 36 beziehungsweise des Regelkörpers 42 zwischen den beiden
Endstellungen entspricht. Durch diese Maßnahme, den Drehwinkel im Vergleich zu bekannten
Ausführungen derart zu verkleinern, wird erreicht, dass über etwa 80% des Gesamtdrehwinkels
eine etwa lineare Regelung des zurückgeführten Abgasmassenstorms und des Luftstroms
erreicht wird, wie in Figur 4 zu erkennen ist. Lediglich im mittleren Drehwinkelbereich
80 etwa zwischen 25° und 40° ist beinahe keine Änderung des Abgasmassenstroms 82 und
des Luftansaugstroms 84 zu erkennen. In den anderen Bereichen ist jedoch insbesondere
der Abgasstrom beinahe linear zum Drehwinkel des Regelkörpers 42 regelbar. Bei Ausführungen
mit Ventilsitzen, die im 90°Winkel zueinander angeordnet sind, beträgt der Anteil,
in der praktisch keine Volumenstromänderungen vorliegen, etwa 40% der Regelstrecke,
was einem Drehwinkel von etwa 35° entspricht. Somit wird eine deutliche Verbesserung
der Regelbarkeit erzielt.
[0027] Die beschriebene Regelvorrichtung eignet sich somit zur sehr exakten Dosierung eines
Abgasmassenstroms in einen Luftmassenstrom und zur exakten Regelung des Luftmassenstroms
mit nur einem Aktor. Die Herstellung dieser Regelvorrichtung ist kostengünstig und
montagefreundlich.
[0028] Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht
auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere kann der die
Lage der Ventilsitze im Bereich zwischen 70° und 80° gewählt werden, um entsprechende
Ergebnisse zu erzielen. Auch sind verschiedene Modifikationen bezüglich des Zusammenbaus
und der Ausformung der Gehäuseteile und der beiden Klappen denkbar. Auch sollte klar
sein, dass durch entsprechende Ausformung der Klappenkörper und der umgebenden Kanalwände
verschiedene Kennlinien verwirklicht werden können.
1. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal (12),
einem Abgasrückführkanal (16), der in den Ansaugkanal (12) mündet,
einem Gehäuse (10), in dem der Ansaugkanal (12) und zumindest eine Mündung (14) des
Abgasrückführkanals (16) ausgebildet sind, einer als Drehachse (38) dienenden Welle
(36), die im Gehäuse (10) bezüglich des Luftstroms stromaufwärts der Mündung (14)
des Abgasrückführkanals (16) und außerhalb des Durchströmungsquerschnitts angeordnet
ist und senkrecht zu den Mittelachsen (20, 34) des Ansaugkanals (12) und des Abgasrückführkanals
(16) angeordnet ist,
einem Regelkörper (42), der exzentrisch an der Welle (36) befestigt ist, und über
die der Regelkörper (42) im Ansaugkanal (12) drehbar ist,
einem ersten Ventilsitz (50), an dem der Regelkörper (42) in einer ersten Endstellung
anliegt, in der der Regelkörper (42) den Ansaugkanal (12) verschließt,
einem zweiten Ventilsitz (72), an dem der Regelkörper (42) in einer zweiten Endstellung
anliegt, in der der Regelkörper (42) den Abgasrückführkanal (16) verschließt,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine durch den ersten Ventilsitz (50) aufgespannte Ebene (74) zur Mittelachse des
Ansaugkanals (12) einen Winkel von 70° bis 80° einschließt.
2. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine durch den zweiten Ventilsitz (72) aufgespannte Ebene (76) parallel zur Mittelachse
(20) des Ansaugkanals (12) angeordnet ist und zur durch den ersten Ventilsitz (50)
aufgespannten Ebene (74) einen Winkel von 70° bis 80° einschließt.
3. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder
2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Regelkörper (42) eine erste Klappe (44) aufweist, die mit dem ersten Ventilsitz
(50) zusammenwirkt und eine zweite Klappe (48) aufweist, die mit dem zweiten Ventilsitz
(72) zusammenwirkt, wobei die erste Klappe (44) exzentrisch an der Welle (36) befestigt
ist und die zweite Klappe (48) an der ersten Klappe (44) befestigt ist.
4. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Klappe (48) auf einer sich senkrecht zu den beiden Klappen (44, 48) erstreckenden
Halteachse (46), die fest mit der ersten Klappe (44) verbunden ist, angeordnet ist,
wobei die zweite Klappe (48) über eine Feder (64), die die Halteachse (46) umgibt,
axial gegen einen Anschlag (65) belastet ist und die Öffnung (62) in der zweiten Klappe
(48) zur Aufnahme der Halteachse (46) einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist
als die Halteachse (46), in dem Abschnitt (60), an dem die zweite Klappe (48) angeordnet
ist.
5. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder
4,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die zweite Klappe (48) parallel zur ersten Klappe (44) erstreckt.
6. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Ventilsitz (50) durch ein axiales Ende eines ersten Gehäuseteils (18) des
Gehäuses (10) gebildet ist, welches in ein zweites Gehäuseteil (22) des Gehäuses (10)
eingeschoben ist, an welchem die Mündung (14) des Abgasrückführkanals (16) ausgebildet
ist, wobei das erste Gehäuseteil (18) über einen Flansch (24) mit dem zweiten Gehäuseteil
(22) verbunden ist.
7. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gehäuseteil (18) einen geringeren Umfang aufweist als das zweite Gehäuseteil
(22) und der Regelkörper (42) in seiner den Abgasrückführkanal (16) verschließenden
zweiten Endstellung in eine Ausnehmung (40) im zweiten Gehäuseteil (22) eintaucht,
so dass der Durchströmungsquerschnitt des ersten Gehäuseteils (18) vollständig geöffnet
ist.