Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführvorrichtung für eine

Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasrückführventil mit einem Aktor und einem Abgasrückführventilgehäuse, in dem ein Strömungskanal mit einem Einlass und einem Auslass ausgebildet ist, einem Ventilsitz, der einen regelbaren Durchströmungsquerschnitt, der in Strömungsrichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, umgibt, einem Regelkörper, der zur Regelung des Durchströmungsquerschnitts im Abgasrückführventilgehäuse auf den Ventilsitz bewegbar und vom Ventilsitz abhebbar ist, und einem Rückschlagventil, welches einen

Rückschlagventilsitz und einen in Abhängigkeit der anliegenden Druckdifferenz bewegten Rückschlagventilkörper aufweist.

Derartige Abgasrückführvorrichtungen werden in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen zur Minderung der Emissionen von Stickoxiden verwendet. Dabei sind sowohl Konzepte mit einer Niederdruckabgasrückführung bekannt als auch Konzepte im

Hochdruckbereich, bei dem das Abgas vor der Turbine dem Abgasstrang entnommen wird und nach dem Verdichter der angesaugten Frischluft zugeführt wird.

Insbesondere bei der Hochdruckabgasrückführung oder bei großvolumigen Motoren, wie beispielsweise Lkw-Motoren treten im Abgasrückführkanal durch die Bewegung der Ventile und Kolben des Motors Pulsationen auf, die dazu führen können, dass Abgas statt, wie gewünscht vom Abgasstrang zum Ansaugstrang zu strömen, kurzzeitig in entgegengesetzter Richtung gefördert wird, da das Druckgefälle verschoben wird. Bei

Niederdruckabgasrückführungen besteht das Problem eines geringen Druckgefälles zwischen dem Ansaugtrakt und dem Abgastrakt, so dass bereits geringe Pulsationen zu einer unerwünschten Rückströmung des Abgases im Abgasrückführkanal führen können. Um derartige Rückströmungen und den daraus folgenden verminderten Gesamtabgasrückführstrom zu vermeiden, ist es bekannt geworden, neben den den Abgasrückführstrom regelnden Abgasrückführventilen im Abgasrückführkanal stromabwärts der Abgasrückführventile Rückschlagventile einzubauen, welche ein Rückströmen des Abgases zum Abgastrakt zuverlässig verhindern.

So wird in der DE 102010014843 Al ein Abgasrückführmodul beschrieben, bei dem am Einlass eines zur Reduzierung der Temperaturen des Abgasstroms verwendeten Abgaskühlers ein Abgasrückführventil befestigt ist und am Auslass des Abgaskühlers ein Rückschlagventil befestigt ist, so dass kein Abgas in den Abgaskühler zurückströmen kann.

Des Weiteren ist aus der EP 1 878 892 A2 ein Abgasrückführsystem bekannt, bei dem am Strömungsgehäuse des stromabwärts eines Abgaskühlers angeordneten Abgasrückführventils ein Rückschlagventil mit seinem Strömungsgehäuse befestigt ist.

Nachteilig an diesen Abgasrückführsystemen ist ihr erhöhter Montage- und Bauteileaufwand im Vergleich zu Systemen ohne Rückschlagventile. Hinzu kommt, dass in modernen Motoren häufig Steckventile als Zukaufteil verwendet werden, so dass die gesamte Verrohrung vom Fahrzeughersteller zur Verfügung gestellt wird. Dies macht die Montage von Rückschlagventilen wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, unmöglich oder zumindest sehr aufwendig.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Abgasrückführvorrichtung bereit zu stellen, welche auch bei Nutzung eines Rückschlagventils möglichst einfach zu montieren und herzustellen ist. Insbesondere ist es wünschenswert das Abgasrückführventil auch als Steckventil ausführen zu können und dennoch die Verrohrung zur Montage des Rückschlagventils nicht anpassen zu müssen. Diese Aufgabe wird durch eine Abgasrückführvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung weist ein Abgasrückführventil, welches als Hubventil oder Klappenventil ausgeführt werden kann und ein Rückschlagventil auf, welches beispielsweise als Blattfederventil ausgeführt werden kann. Das Abgasrückführventil wird über einen Aktor betätig, der als elektromagnetischer, elektromotorischer oder pneumatischer Aktor ausgeführt werden kann. Das Abgasrückführventil weist ein Abgasrückführventilgehäuse auf, welches als Strömungsgehäuse dient und entsprechend einen Einlass und einen Auslass aufweist, die über einen Strömungskanal miteinander verbunden sind. Der Strömungskanal weist in Höhe eines Ventilsitzes einen regelbaren Durchströmungsquerschnitt, der in Strömungsrichtung zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, auf, den der Ventilsitz radial umgibt. Ein Regelkörper in Form einer Klappe oder eines Hubkörpers ist zur Regelung des Durchströmungsquerschnitts auf den Ventilsitz aufsetzbar und von diesem weg bewegbar, um den Durchströmungsquerschnitt zu schließen oder zu öffnen, wobei auch jede gewünschte Zwischenposition zur Regelung angefahren werden kann. Das Rückschlagventil weist ebenfalls einen Rückschlagventilsitz auf, gegen den ein Rückschlagventilkörper anliegt, wenn der Druck an der Saugseite des Verbrennungsmotors größer ist als im Abgasbereich und von dem der Rückschlagventilkörper abgehoben wird, wenn der Druck im Abgastrakt größer ist. Erfindungsgemäß ist der Rückschlagventilsitz direkt am Abgasrückführventilgehäuse ausgebildet, wodurch auf ein zusätzliches Rückschlagventilgehäuse verzichtet werden kann. Stattdessen liegt der Rückschlagventilkörper im geschlossenen Zustand unmittelbar am Abgasrückführventilgehäuse an und kann auch direkt mit dem Abgasrückführventilgehäuse montiert werden, so dass lediglich ein Montageschritt zur Befestigung des Abgasrückführventils und des Rückschlagventils in der Abgasrückführleitung notwendig ist. Zusätzlich wird die Anzahl der zu fertigenden Bauteile verringert.

Vorzugsweise ist der Rückschlagventilsitz am Auslass des Abgasrückführventilgehäuses ausgebildet. Dieser ist gut zugänglich, so dass die Ventilsitzfläche direkt an dem den Auslass umgebenden Gehäuseabschnitt ausgebildet werden kann. Des Weiteren kann kein Abgas in das Abgasrückführventil zurückströmen.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist das Abgasrückführventil ein Steckventil, dessen Steckgehäuseteil mit dem Rückschlagventilkörper in ein umliegendes, einen Abgasrückführkanal ausbildendes Strömungsgehäuse axial einsteckbar ist. Bei Integration des Rückschlagventils an ein solches Einsteckventil kann bei vollständig vom Fahrzeughersteller zur Verfügung gestellter Verrohrung sowohl die Funktion des Abgasrückführventils als auch die Funktion des Rückschlagventils durch einfaches Einstecken des Ventilgehäuses in eine Öffnung am Abgasrückführkanal und Befestigen am Abgasrückführkanal erfüllt werden. Unter axialem Einschieben ist ein Einschieben in Bewegungsrichtung einer Ventilstange beziehungsweise entlang einer Drehachse eines drehbaren Ventils zu verstehen. Vorteilhaftweise ist der Rückschlagventilkörper ein Blattfederelement, das am Steckgehäuseteil an einem Ende befestigt ist und je nach anliegender Druckdifferenz auf einer als Rückschlagventilsitz dienenden bearbeiteten Außenfläche des Steckgehäuseteils aufliegt oder von dieser abgehoben ist. Durch die Verwendung des Blattfederelementes benötigt das Rückschlagventil beinahe keinen Bauraum. Durch die einseitige Befestigung des Blattfederelementes wird das Blattfederelement bei entsprechender Druckdifferenz aus seiner Ruhelage gebogen, wobei durch die Biegung eine entsprechende Rückstellkraft im Blattfederelement erzeugt wird. Die Bearbeitung der Außenfläche des Ventilgehäuses führt zu einer vollständigen und dichtenden Auflage des Blattfederelementes auf dem Ventilsitz, der direkt am Gehäuse ausgebildet sein kann oder vorab fest in das Gehäuse eingesetzt wird.

Eine besonders einfache Befestigung des Blattfederelementes ergibt sich, wenn es mittels einer Schraube, die in das Steckgehäuseteil geschraubt ist, befestigt wird. Vorzugsweise weist das Steckgehäuseteil eine zylindrische Grundform auf, deren Mantelfläche am Auslass zwischen axialen Endabschnitten des Steckgehäuseteils eine Ausnehmung aufweist, welche flach ausgebildet ist und den Rückschlagventilsitz bildet. Entsprechend kann das

Steckgehäuseteil als einfaches Gussteil hergestellt und anschließend maschinell bearbeitet werden, um den Ventilsitz zu erzeugen. Trotz der zylindrischen Form, durch welche die Montage des Steckventils deutlich vereinfacht wird, kann auf diese Weise dem Blattfederelement eine flache und bearbeitete Ventilsitzfläche zur Verfügung gestellt werden, die nach der Montage im Innern der hohlzylindrischen Einstecköffnung angeordnet ist und zu einer hohen Dichtigkeit des Ventils im geschlossenen Zustand führt. Schäden am Rückschlagventil durch die Montage werden ausgeschlossen.

Um dennoch eine ausreichende Dichtigkeit im Abgasrückführkanal im Bereich des Abgasrückführventils zwischen dem Einlass und dem Auslass herzustellen und die Montage zu vereinfachen, ist das Steckgehäuseteil an den axialen Endabschnitten vollständig zylindrisch geformt. Eine interne Leckage und eine Leckage nach außen kann so vermieden werden, da im oberen und unteren Bereich des Steckgehäuseteils eine Anlage zum umgebenden Gehäuse vorliegt. Unter axialem Endabschnitt ist in diesem Zusammenhang ein axialer zylindrischer Abschnitt zu verstehen, der im Bereich der axialen Enden angeordnet ist und entsprechend eine axiale Ausdehnung aufweist. Um die gegebenenfalls vorhandenen Leckagen zu minimieren, ist am Außenumfang der axialen Endabschnitte des Steckgehäuseteils jeweils eine Radialnut ausgebildet, in der ein Dichtring angeordnet ist. Eine Strömung zwischen dem Steckgehäuseteil und dem umgebenden Abgaskanalgehäuse wird so zuverlässig vermieden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Steckgehäuseteil einen axialen Einlass und einen radialen Auslass aufweist und der Regelkörper über einen Aktor axial bewegbar ist. Ein solches Hubventil lässt eine sehr genaue Regelung zu und ist unempfindlich gegen auftretende Verschmutzungen bei sehr hoher Dichtigkeit.

Vorzugsweise ist der Ventilsitz des Abgasrückführventils am Einlass des Steckgehäuseteils angeordnet und der Regelkörper ist durch Betätigung des Aktors axial aus dem Steckgehäuseteil herausbewegbar. Somit wird der Regelkörper bei hohem Abgasdruck in Richtung des Ventilsitzes belastet, wodurch die Dichtheit im geschlossenen Zustand bei großen zu befürchtenden Leckageströmen erhöht wird. Des Weiteren kann ein Verschluss des Abgasrückführventils, der in den meisten Betriebszuständen vorliegt, ohne Bestromung des Aktors hergestellt werden. Ein ungewolltes Öffnen eines solchen Abgasrückführventils wird durch das Rückschlagventil verhindert.

In einer alternativen Ausführungsform ist der Ventilsitz des Abgasrückführventils im Steckgehäuseteil angeordnet und der Regelkörper ist durch Betätigung des Aktors in Richtung des Aktors axial bewegbar. Entsprechend müssen zum Öffnen des Ventils lediglich geringe Kräfte aufgebracht werden, da die anliegende Druckdifferenz in Öffnungsrichtung wirkt. Somit können kleinere Aktoren verwendet werden.

Es wird somit eine Abgasrückführvorrichtung geschaffen, bei der ein Rückschlagventil direkt im Abgasrückführventil integriert ist und mit diesem vormontierbar und in ein umliegendes Gehäuse einsteckbar oder an diesem befestigbar ist, wodurch Herstellkosten, die Anzahl der Bauteile und der benötigte Bauraum reduziert werden. Bei Verwendung einer solchen Abgasrückführvorrichtung in einem Hochdruckstrang eines Ottomotors können Kohlendioxide und Stickoxide um bis zu 2,5% beziehungsweise um bis zu 40% reduziert werden. Das Ventil ist unempfindlich gegen Druckschwankungen und weist einen verminderten Verschleiß auf.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Abgasrückführvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung. Figur 2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung in geschnittener Darstellung.

Figur 3 zeigt eine Seitenansicht einer alternativen erfindungsgemäßen Abgasrückführvorrichtung in geschnittener Darstellung.

Die erfindungsgemäße Abgasrückführvorrichtung weist ein Abgasrückführventil 10 auf, welches als Steckventil ausgeführt ist und somit mit einem Steckgehäuseteil 12 eines Abgasrückführventilgehäuses 14 in ein umgebendes Strömungsgehäuse 16 eingesteckt ist, welches einen Abgasrückführkanal 18 ausbildet und welches lediglich in Figur 2 dargestellt ist.

Das Abgasrückführventil 10 besteht aus einem Aktor 20, der als elektromotorischer Aktor mit angeschlossenem Getriebe ausgebildet ist, über welches die rotatorische Bewegung des Elektromotors 22 in eine translatorische Bewegung einer Ventilstange 24 umgewandelt wird, welche im Steckgehäuseteil 12 in einer Führungsbuchse 26 gelagert wird. Am zum Aktor 20 entgegengesetzten axialen Ende der Ventilstange 24 ist auf der Ventilstange 24 ein Regelkörper 28 befestigt, der mit der Ventilstange 24 axial bewegbar ist und auf diese Weise entweder auf einen Ventilsitz 30 am Steckgehäuseteil 12 abgesetzt wird oder von diesem abgehoben wird, um einen vom Ventilsitz 30 umgebenen Durchströmungsquerschnitt 32 eines im Innern des Steckgehäuseteils 12 ausgebildeten Strömungskanal 34 zu regeln, durch den der Abgasstrom strömen kann.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Ventilsitz 30 direkt an einem axialen Einlass 36 in das Steckgehäuseteil 12 ausgebildet, so dass der Regelkörper 28 zur Öffnung des Durchströmungsquerschnitts 32 aus dem Steckgehäuseteil 12 herausbewegt wird. Bei geöffnetem Abgasrückführventil 10 strömt entsprechend der Abgasstrom aus dem Abgasrückführkanal 18 des Strömungsgehäuses 16 über den Einlass 36 in das Steckgehäuseteil 12 und kann diese über einen radialen Auslass 38 wieder verlassen, der mit dem weiterführenden Abgasrückführkanal 18 verbunden ist.

An diesem radialen Auslass 38 ist erfindungsgemäß ein Rückschlagventil 40 ausgebildet, welches aus einem als Rückschlagventilkörper 42 dienendem Blattfederelement besteht, das im unbelasteten Zustand gegen einen Rückschlagventilsitz 44 am Abgasrückführventilgehäuse 14 anliegt und über eine Schraube 46 am Abgasrückführventilgehäuse 14 an ihrem einen axialen Ende befestigt ist. Der Rückschlagventilsitz 44 wird durch eine flache bearbeitete Außenfläche 48 des Steckgehäuseteils 12 gebildet, welches eine zylindrische Grundform aufweist, die lediglich durch eine Ausnehmung 50 an einer radialen Mantelfläche 52 unterbrochen wird, die zwischen den beiden axialen Endabschnitten 54 des Steckgehäuseteils 12 ausgebildet ist, so dass die gerade Außenfläche 48 eine innere Begrenzung der Ausnehmung 50 bildet. Der Auslass 38 ist im Inneren Bereich der Außenfläche 48 ausgebildet, so dass das Blattfederelement im entspannten Zustand um den Auslass herum vollumfänglich auf der Außenfläche aufliegt. Eine Gewindebohrung 55 zur Befestigung der Schraube 46 erstreckt sich ebenfalls von der flachen Außenfläche 48 aus in das Innere des Steckgehäuseteils 12. An den axialen Endabschnitten 54 ist bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 jeweils eine sich über den gesamten Umfang erstreckende Radialnut 56 ausgebildet, in der jeweils ein Dichtring 58 angeordnet ist, so dass eine Leckage zwischen dem Steckgehäuseteil 12 und dem Strömungsgehäuse 16 ebenso verhindert wird wie eine Undichtigkeit nach außen.

Entsprechend ist es möglich, die gesamte Abgasrückführvorrichtung mit dem Abgasrückführventil 10 und dem Rückschlagventil 40 in nur einem Montageschritt am Strömungsgehäuse 16 zu montieren, indem das Steckgehäuseteil 12 in das Strömungsgehäuse 16 eingesteckt und dort befestigt wird. Es wird für das Rückschlagventil 40 kein separates Gehäuse benötigt, da der Rückschlagventilsitz 44 auf einfache Weise direkt am Steckgehäuseteil 12 ausgebildet ist. Des Weiteren werden Schäden bei der Montage, insbesondere am Rückschlagventil 40 beim Einschieben, zuverlässig verhindert, da das Rückschlagventil 40 nicht gegen eine Wand des Strömungsgehäuses 16 geschoben werden muss, sondern in der Ausnehmung 50 geschützt angeordnet ist.

Im Betrieb liegt üblicherweise ein treibendes Druckgefälle in Richtung des Einlasses des Verbrennungsmotors, also im vorliegenden Fall in Richtung zum Auslass 38 des Abgasrückführventils 10 an. Bei geschlossenem Abgasrückführventil 10 strömt kein Abgas. Wird jedoch der Regelkörper 28, wie in Figur 3 dargestellt, vom Ventilsitz 30 abgehoben, wirkt das anliegende Druckgefälle auf den Rückschlagventilkörper 42. Dieser wird entsprechend vom Rückschlagventilsitz 44 abgehoben, sobald der Druck am Einlass 36 des Abgasrückführventils 10 größer ist als am Auslass 38. Entsteht jedoch ein Druckgefälle im Strömungskanal 34 in entgegengesetzter Richtung aufgrund von Abgaspulsationen durch das Öffnen und Schließen der Ventile und die Bewegung des Kolbens des Verbrennungsmotors wird der Rückschlagventilkörper 42 gegen seinen Rückschlagventilsitz 44 gedrückt, wie dies in Figur 2 dargestellt ist, so dass kein Abgas in entgegengesetzter Richtung durch den Strömungskanal 34 strömen kann. Dies hat auch zur Folge, dass bei einem Abgasrückführventil gemäß Figur 3 kein erhöhter Druck in Öffnungsrichtung auf den Regelkörper 28 wirkt, so dass die auf ihn wirkende Schließkraft relativ gering gehalten werden kann, ohne ein ungewolltes Öffnen riskieren zu müssen. Durch eine entsprechend kleiner auszubildende Rückstellfeder kann auch die Öffnungskraft des Aktors 20 reduziert werden, da die zu überwindende Federkraft beim Öffnungsvorgang geringer ist. Durch diese integrierte Funktion des Rückschlagventils können die zurückzuführenden Abgasmengen sowohl in

Niederdruckabgasrückführsystemen als auch in

Flochdruckabgasrückführsystemen erhöht werden, da eine Rückströmung ausgeschlossen wird. So werden auch zu kleine Füllmengen im Verbrennungsraum verhindert.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern verschiedene Modifikationen möglich sind. So können sowohl das Rückschlagventil als auch das Abgasrückführventil anders ausgebildet werden. Insbesondere kann das Abgasrückführventil auch als Klappen- oder Schieberventil ausgeführt werden. Bei einer Ausführung als Hubventil kann der Ventilsitz des Abgasrückführventils, wie dies in Figur 2 dargestellt ist, auch im Innern des Steckgehäuseteils ausgebildet werden, so dass das Ventil nach innen öffnet. Weitere Modifikationen sind ebenfalls denkbar und für den Fachmann ersichtlich.