DE4301655C1 - Ventilanordnung für eine Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für eine Abgas­ rückführung bei einem Verbrennungsmotor, mit einem membran­ gesteuerten Ventil, dessen Ventilteller mit einem Ventil­ sitz 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 Membrangehäuse tragenden Ventilstutzen aufweist, wobei der Abgaseinlaß über ein Abgas­ rückführrohr mit der Abgasseite und der Abgasauslaß über ein Verbindungsrohr mit der Ansaugseite des Verbrennungs­ motors in Verbindung stehen und wobei die mit der Membrane verbundene Ventilspindel des Ventils sich durch den Ventil­ stutzen erstreckt.

Derartige Ventilanordnungen für die Abgasrückführung sind beispielsweise aus der DE 39 32 007 A1 und der DE 39 31 812 C1 bekannt.

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 zurückgeführ­ te Abgasmenge muß jedoch in Abhängigkeit von mehreren Fakto­ ren, 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 Betrie­ bes zu gewährleisten. Zur Regelung der zurückgeführten Abgasmenge ist zwischen dem von den Abgaskrümmern kommenden Abgasrückführrohr und dem zur Ansaugseite des Motors füh­ renden Verbindungsrohr ein Ventil vorgesehen, welches durch 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 δ PFE) weist ein vor­ programmiertes 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 Drossellöffnung herrschenden Druck und sen­ det ein Rückmeldesignal an das Kontroll-Modul. Jede Ab­ weichung hiervon bewirkt wiederum eine Steuerung des Ventils mittels dem Unterdruckregler und der Membran.

Bei den bekannten Ventilanordnungen ist zumeist ein aus Druckguß bestehendes Gehäuse vorgesehen, welches verhältnismäßig große Bauabmessungen und ein dementspre­ chendes hohes Gewicht aufweist. Um eine einwandfreie Funktionsweise des Ventils sicherzustellen ist weiterhin der Ven­ tilsitz als separates Drehteil ausgebildet und in das Gußgehäuse eingesetzt, das Abgasrückführrohr mit einer Überwurfschraube und einer diese zurückhaltenden Bördelung versehen und die Überwurfschraube in ein Ge­ winde am Abgaseinlaß des Gußgehäuses eingeschraubt. An Abgasauslaßseite des Gußgehäuses ist zumeist ein Flansch vorgesehen, an welchem das mit einem Gegenflansch versehene Ver­ bindungsrohr befestigt ist. Das Membrangehäuse ist an dem Gußgehäuse mit Schrauben befestigt. Die Her­ stellung eines 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 erforder­ lich, das Abgasrückführrohr mit einer Überwurfschraube und der Bordelung und das Verbindungsrohr mit einem Gegen­ flansch zu versehen. Das Gußgehäuse ist auch verhältnis­ mäßig groß und schwer. Wegen der großen Masse sind zu seiner Befestigung stabile und damit in der Herstellung ebenfalls teure und entsprechend schwere Halter erforder­ lich. Da die Winkelstellung eines am Gußgehäuse vorgese­ henen Einlaßkrümmers gegenüber dem am Abgasauslaß vorge­ sehenen Flansch festgelegt ist und nicht verändert werden kann, sind für verschiedene Motorentypen meist auch unter­ schiedliche Gußgehäuse erforderlich, was die Herstellungs­ kosten zusätzlich verteuert. Insgesamt ist auch der Mon­ tageaufwand verhältnismäßig groß, denn der Ventilsitz muß in das Gußgehäuse eingepreßt werden und die Verschrau­ bung des Abgasrückführrohres und des Verbindungsrohres mit dem Gußgehäuse erfordert einen entsprechenden Zeit­ aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung für eine Abgasrückführung bei einem Ver­ brennungsmotor zu schaffen, die einfacher herstellbar ist, ein geringeres Gewicht und kleinere Bauabmessungen aufweist und auch einen ge­ ringeren Montageaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventilgehäuse durch einen Endabschnitt des Abgasrückführ­ rohres selbst gebildet ist, daß der Ventilsitz durch eine mittels spanloser Umformung im Endabschnitt geformte Ein­ schnürung gebildet ist, daß der Ventilstutzen durch das an die Einschnürung anschließende Rohrteil des Endab­ schnittes 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.

Die Herstellung und der Montageaufwand werden hauptsäch­ lich dadurch vereinfacht, daß das Ventilgehäuse durch einen Endabschnitt des Abgasrückführrohres selbst ge­ bildet 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 Abgasrück­ führrohres selbst gebildet ist, entfällt eine separate Herstellung und Montage des Ventilsitzes. Außerdem ent­ fällt 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 Abgasrück­ führrohres erfordert ebenfalls einen geringen Montage­ aufwand, denn hierzu ist es nur erforderlich, das Ver­ bindungsrohr oder einen Teil desselben mit dem Abgas­ rückführrohr zu verloten. Da an dem Abgasrückführrohr normalerweise weitere Lötvorgänge erforderlich sind, die unter Vakuum vorgenommen werden, kann das Verlöten des Verbindungsrohres gleichzeitig mit den weiteren Lot­ vorgängen in einem Arbeitsgang erfolgen. Besonders vor­ teilhaft wirken sich jedoch auch die kleinen Bauabmes­ sungen und vor allem das geringe Gewicht aus, welches der das Ventilgehäuse bildende Endabschnitt des Abgas­ rückführrohres gegenüber einem aus Guß bestehenden Ven­ tilgehäuse 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 erforder­ lichen Halter können wesentlich einfacher und leichter ausgebildet sein. Durch das Verlobten des Verbindungs­ rohres bzw. eines Teiles desselben mit dem Rohrteil des Abgasrückführrohres durch Löten entfällt auch die um­ ständliche Flanschverbindung und es können gegebenen­ falls zur Verbindung eines Abschnittes des Verbindungs­ rohres mit einem weiteren Abschnitt desselben handels­ übliche Standardverschraubungen verwendet werden. Des­ weiteren kann die neue Ventilanordnung auch leicht den verschiedensten Motortypen angepaßt werden, denn die Winkelstellung des Abgaszuführrohres gegenüber dem Ver­ bindungsrohr oder eines Abschnittes desselben kann durch entsprechende Ausgestaltung der Rohrbiegungen des Abgas­ zuführrohres leicht verändert werden. Desweiteren ist es auch möglich, durch Verwendung von Abgasrückführroh­ ren mit unterschiedlichen Durchmessern die gesamte Ven­ tilanordnung, falls erforderlich, den Leistungen der jeweiligen Motoren anzupassen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist in folgendem, anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt der Ventilanord­ nung.

Die Ventilanordnung umfaßt ein membrangesteuertes Ventil 1, dessen Ventilteller 1a mit einem Ventilsitz 2 zusammenwirkt und dessen Ventilspindel 1b mit einer im Membrangehäuse 3 angeordneten Membrane 4 verbunden ist. Durch die Rückstell­ feder 5 wird die Membrane 4 in Schließrichtung des Ventiles 1 belastet. Im Oberteil 3a des Membrangehäuses 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 ge­ bildet wird.

Das Abgasrückführrohr 7 ist mit seinem einen Ende 7a an die Abgasseite des nicht dargestellten Verbrennungs­ motors, z. B. dem Abgaskrümmer, angeschlossen. Der andere Endabschnitt 7b des Abgasrückführrohres 7 bildet das Ventilgehäuse für das Ventil 1. Durch spanlose Verfor­ mung, insbesondere durch sogenanntes Hämmern, des Abgas­ rückführrohres ist im Endabschnitt 7b eine Einschnürung 8 gebildet. Durch diese Einschnürung 8 ist der Innendurch­ messer D1 des Abgasrückführrohres 7, der beispielsweise bei einem Außendurchmesser von 16 mm und 0,8 mm Wand­ stärke 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 Stromungsrichtung der Abgase angedeutet. Der in Strö­ mungsrichtung an die Einschnürung 8 anschließende Rohr­ teil 9 des Endabschnittes 7b bildet einen Ventilstutzen, durch den sich die Ventilspindel 1b erstreckt. Das Rohr­ teil 9 dient auch als Träger für das Membrangehäuse 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 Herstel­ lungs- und Montageaufwand eine feste Verbindung zwischen dem Abgasrückführrohr 7 und dem Membrangehäuse geschaf­ fen. Gegebenenfalls konnte das Membrangehäuse 3 aber auch losbar mit dem Rohrteil 9, beispielsweise durch ein Gewinde, verbunden sein, jedoch würde dies einen erhöhten Herstellungs- und Montageaufwand bedeuten.

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.

Das Rohrteil 9 ist oberhalb des Ventiles 2 und unterhalb des Stutzens 10 seitlich mit einer den Abgasauslaß bilden­ den Öffnung 14 versehen. Die Öffnung 14 ist dabei zweck­ mäßig von einem aus der Wandung des Rohrteiles ausgeform­ ten 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 Boh­ rung 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 darge­ stellten 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 darge­ stellte Standard-Rohrverschraubung aufweist.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß das Ab­ gasrückführrohr 7 in einem vor der Einschnürung 8 liegenden Bereich in bekannter Weise eine weitere Einschnürung 18 aufwei­ sen kann. Diese Einschnürung 18 bildet eine zur Druckmes­ sung vorgesehene Venturi-Düse. Zur Messung des im Abgas­ rückführrohr herrschenden Druckes ist vor und hinter der Einschnürung 18 je ein Meßstutzen 19 in ähnlicher Weise eingelotet, 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.

Das Abgasrückführrohr 7 und auch die Meßstutzen 19 beste­ hen üblicherweise aus rostfreiem Stahl. Die Meßstutzen 19 werden üblicherweise unter Anwendung von Vakuum eingelötet. Das Einlöten des Verbindungsrohres 16 oder eines Abschnit­ tes desselben im Kragen 15, sowie das Einlöten des Stut­ zens 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 Verbin­ dung geschaffen wird, die sich auch bei Vibrationen nicht lösen kann.

Da gemäß der Erfindung das Ventilgehäuse durch einen End­ abschnitt 7b des Abgasrückführrohres 7 gebildet wird, weist das Ventilgehäuse gegenüber herkömmlichen Gußgehäu­ sen 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 Ven­ tiles nur ein einfacher und leichter Halter 20 erforder­ lich, der beispielsweise in Form einer Rohrschelle im Bereich der Einschnürung 8 an dem Endabschnitt 7b angrei­ fen kann.

Durch die bereits eingangs beschriebene elektronische Steuerung des im Oberteil 3a herrschenden Vakuumdruckes wird die Membrane 4 mehr oder weniger mit Vakuum beauf­ schlagt und damit der Ventilteller 1a mehr oder weniger vom Ventilsitz 2 abgehoben. Durch die jeweilige Ventil­ stellung wird die durch das Abgasrückführrohr 7 von der Abgasseite des Verbrennungsmotors abgezogene und über das Verbindungsrohr 16 zur Ansaugseite des Motors zurück­ geführte Abgasmenge geregelt.

Claims (5)

1. Ventilanordnung für eine Abgasrückführung bei einem Verbrennungsmotor, mit einem membrangesteuerten Ven­ til, dessen Ventilteller mit einem Ventilsitz zusam­ menwirkt, mit einem den Ventilsitz enthaltenden Ven­ tilgehäuse, das in Strömungsrichtung der Abgase vor dem Ventilsitz einen Abgaseinlaß und hinter dem Ven­ tilsitz einen Abgasauslaß sowie einen ein Membrange­ häuse tragenden Ventilstutzen aufweist, wobei der Abgaseinlaß über ein Abgasrückführrohr mit der Abgas­ seite und der Abgasauslaß über ein Verbindungsrohr mit der Ansaugseite des Verbrennungsmotors in Verbin­ dung stehen und wobei die mit der Membrane verbundene Ventilspindel des Ventils sich durch den Ventilstutzen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilge­ häuse durch einen Endabschnitt (7b) des Abgasrückführ­ rohres (7) selbst gebildet ist, daß der Ventilsitz (2) durch eine mittels spanloser Umformung im Endabschnitt geformte Einschnürung (8) gebildet ist, daß der Ventil­ stutzen 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 Ver­ bindungsrohr (16) oder ein Abschnitt desselben im Be­ reich dieser Öffnung (14) an das Rohrteil (9) angelö­ tet 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 einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, 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 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterteil (3b) des Membrange­ häuses (3) mit einem angeformten Stutzen (10) versehen ist und daß dieser Stutzen (16) in das Rohrteil (9) gesteckt und mit dem Rohrteil verlötet ist.