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Die
Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Drehkolbenventil,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1, sowie ein Abgasrückführsystem, in welchem mindestens
ein entsprechendes Ventil angeordnet ist.
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Aus
der
DE 103 21 637
A1 ist eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur und
der Quantität des
zurückgeführten Abgases
bei Verbrennungsmotoren bekannt, bei der ein Ventilgehäuse eines
Regelventils einem Wärmetauscher
oder Wärmetauscherteil
angeschlossen oder verbunden ist. Das Regelventil wird insbesondere
mittels eines elektrischen Betätigungselements
betätigt,
an dessen Eingang ein von den Motorparametern abhängiges Eingangssignal
anliegen kann. Die Zuflussverbindung des Ventilgehäuses steht
mit einem Zuflussspalt oder einer Zuflussöffnung in gasdurchleitender
Verbindung. Der Zuflussspalt ist in den das drehbare/verschiebbare
Regelungselement enthaltenden Durchfließraum des Ventilgehäuses des
Regelventils aufgenommen oder untergebracht. Der erste Ausflussspalt des
Durchfließraumes
steht mit dem Zuflussquerschnitt der Abgasleitung durch einen überleitenden Raum
in Verbindung. Der zweite Ausflussspalt des Durchfließraumes
steht mit einem Zuflussquerschnitt des Wärmetauschers durch den Verteilerraum
in Verbindung. Der Zuflussspalt wird in der Mittelstellung des drehbaren/verschiebbaren
Regelungselementes durch eine Fläche,
wie eine Zylinderfläche,
geschlossen. In der ersten angesteuerten Stellung steht gasdurchleitend
der Zuflussspalt mit dem ersten Ausflussspalt in Richtung Ab gasleitung
in Verbindung. In der zweiten angesteuerten Stellung steht gasdurchleitend
der Zuflussspalt mit dem zweiten Ausflussspalt in Richtung Wärmetauscher
in Verbindung. Das Regelungselement wird durch einen Körper mit
zylindrischer Grundgestalt gebildet, welcher in einem zylinderförmigen Aufnahmeraum
drehbar angeordnet ist. Der Körper
bei der verdrehbaren Ausführungsform
ist an einem Ventilschaft angeordnet und weist zwei Kanten zur Steuerung
auf, wobei die beiden Kanten von Raumkurven, welche auf der Mantelfläche verlaufen,
gebildet werden.
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Ein
derartiges Ventil lässt
jedoch noch Wünsche
offen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Ventil der eingangs genannten Art
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Ventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruches
14. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein
Ventil, insbesondere ein Drehkolbenventil, vorgesehen, welches zur Regelung
der Temperatur und der Quantität
des zurückgeführten Abgases
bei Verbrennungsmotoren dient, mit einem Ventilgehäuse und
einem in demselben angeordneten Regelungselement, welches mit einem
im Ventilgehäuse
ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt, wobei das Regelungselement
im Gegensatz zu der zylindrischen Mantelfläche, wie sie aus der
DE 103 21 637 A1 bekannt
ist, eine konische Mantelfläche
aufweist. Die mit der Mantelfläche
des Regelungselements zusammenwirkende Fläche des Ventilgehäuses, also
der Ventilsitz, ist vorzugsweise entsprechend, das heißt mit dem
gleichen Öffnungswinkel,
konisch ausgebildet, so dass ein spaltfreier Sitz und somit eine
gute Abdichtung gewährleistet
ist.
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Der Öffnungswinkel
des Konus beträgt
vorzugsweise 30° bis
90°, insbesondere
bevorzugt 40° bis
50°. Insbesondere
im letztgenannten Öffnungswinkelbereich
ist die Schließwirkung
sehr gut.
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Das
Regelungselement ist drehbar im Ventilgehäuse gelagert, wobei es vorzugsweise
auch in speziellen Winkelstellungen in Längsrichtung etwas verschiebbar
sein kann, so dass bei einer Betätigung die
Reibung vermindert wird. Dabei sind vorzugsweise nur im vollständig geschlossen
Zustand die Mantelflächen
von Regelelement und Ventilsitz in Anlage aneinander. In allen anderen
(Öffnungs-)Stellungen ist
ein kleiner Spalt zwischen den Mantelflächen. Trotz des in den meisten
Stellungen vorhandenen Spaltes werden Schmutzpartikel bei einer
Drehung des Regelelements abgeschabt, so dass ein Zusetzen des Spalts
verhindert wird. Um ein Abschaben noch zu gewährleisten und gleichzeitig
die Reibung möglichst
gering zu halten, ist das Regelungselement um maximal 0,5 mm, vorzugsweise
um maximal 0,1 mm in Längsrichtung
verschiebbar, so dass sich sehr geringe Spalthöhen zwischen den Mantelflächen ergeben.
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Vorzugsweise
wird das Ventil mit Hilfe einer druckgeregelten Unterdruckdose oder
eines Elektromotors betätigt,
jedoch sind auch beliebige andere Vorrichtungen zur Betätigung,
das heißt
zum Drehen des Ventilschaftes möglich.
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Der
Ventilschaft, an welchem das Regelungselement angeordnet ist, ragt
vorzugsweise durch eine ventilgehäusefeste Hülse, welche bevorzugt in einem
Deckel, der fest mit dem Ventilgehäuse verbunden ist, angeordnet
ist. Dabei dient die Hülse zur
Lagerung des Ventilschafts.
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Die
ventilgehäusefeste
Hülse weist
vorzugsweise in einer Stirnfläche
eine in radialer Richtung verlaufende Nut auf, welche mit einem
vorstehenden Bereich, der an einer drehfest an dem Ventilschaft angeordneten
Scheibe ausgebildet ist, zusammenwirkt. Dies ermöglicht eine automatisch mechanische Verschiebung
des Ventilschafts und somit auch des Regelungselements in axialer
Richtung in der vorgegebenen Stellung. Soll in verschiedenen Stellungen eine
Anlage der Mantelflächen
gegeben sein, so können
entsprechend mehrere Nuten vorgesehen sein. Ebenfalls kann die Nut
auch breiter als der vorstehende Bereich ausgebildet sein, so dass
in einem Winkelbereich und nicht nur in der Schließstellung die
Anlage der Mantelflächen
gegeben ist.
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Auf
dem Ventilschaft ist vorzugsweise mindestens eine Feder, insbesondere
eine Tellerfeder, angeordnet, welche durch ihre Federkraft eine
optimale Positionierung des Regelungselements ermöglicht,
aber bei entsprechenden Kräften
auch eine Längsverschiebung
des Ventilschafts mitsamt des Regelungselements ermöglicht.
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Das
Ventil, das ein drehbar im Ventilsitz angeordnetes Regelungselement
aufweist, ist erfindungsgemäß derart
ausgelegt, dass es die Durchflussmenge des durch eine erste Öffnung dem
Ventil zugeführten
Fluids in einem ersten Winkelstellungsbereich bei verschlossener
zweiter Öffnung
in Form einer reinen Durchflussregelung zu einer dritten Öffnung,
in einem anschließenden,
zweiten Winkelbereich in Form einer Regelung der Fluidverteilung
auf die zweite und dritte Öffnung
und im hieran anschließenden
dritten Winkelbereich in Form einer reinen Regelung des freien Querschnitts
der zweiten Öffnung
bei vollständig
geschlossener dritter Öffnung regelt.
Das drehbar im Ventilsitz angeordnete Regelelement weist hierbei
bevorzugt eine konische auf, mit Hilfe derer es die erste Öffnung ganz
oder, vorzugsweise stufenlos, teilweise verschließt oder
freigibt.
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Der
Zusammenhang zwischen der Winkelstellung des Regelelements und dem
für das
Durchströmen
des Fluids freigegebenen Querschnitt im Bereich des ersten Winkelbereichs
und/oder des dritten Winkelbereichs ist vorzugs im Wesentlichen
linear, wobei jedoch insbesondere im Anfangs- und/oder Endbereich
der linearen Regelung leichte Abweichungen von der Linearität auftreten
können.
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Bevorzugt
ist ein absolutes Maximum des freigegebenen Querschnitts zwischen
dem ersten und dem zweiten Winkelbereich vorgesehen. Insbesondere
bei einer Verwendung des Ventils für die Regelung eines rückgeführten Abgasstroms
ist das Vorhandenseins eines Maximums bei der vollständigen Öffnung des
Auslasses zum Abgaskühler
und dem hiermit verbundenen geringen Druckabfall sinnvoll.
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Bevorzugt
ist im zweiten Winkelbereich der insgesamt freigegebene Querschnitt
im Wesentlichen konstant.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Abgasrückführsystem mit einer Brennkraftmaschine,
insbesondere einem Motor, der beziehungsweise dem an einer Entnahmestelle
abgezweigtes und über
eine Rückführstelle
zurückgeführtes Abgas
zugeführt wird.
Die oben angegebene Aufgabe ist bei dem Abgasrückführsystem dadurch gelöst, dass
zwischen die Entnahmestelle und die Rückführstelle eine Wärmeübertragerventileinrichtung
mit einem vorab beschriebenen Ventil geschaltet ist.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung
mit einer Abgaskühleinrichtung
verbunden ist. Die Abgaskühleinrichtung
dient dazu, die Temperatur des rückgeführten Abgases
abzusenken. Die Wärmeübertragerventileinrichtung
kann stoffschlüssig
oder mechanisch an die Abgaskühleinrichtung
angebunden sein.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung in
die Abgaskühleinrichtung
integriert ist. Es ist zum Beispiel vorteilhaft, wenn das Gehäuse beziehungsweise
die Abströmseite
der Wärmeübertragerventileinrichtung
direkt den Eintritts- beziehungsweise Austrittsdiffusor der Abgaskühleinrichtung
bildet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung stoffschlüssig mit
der Abgaskühleinrichtung
verbunden ist. Alternativ kann die Wärmeübertragerventileinrichtung
mechanisch mit der Abgaskühleinrichtung
verbunden sein.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung einen
Bypass aufweist. Der Bypass dient dazu, zum Beispiel bei einem Kaltstart des
Motors, das rückgeführte Abgas
ungekühlt
an der Abgaskühleinrichtung vorbeizuleiten.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskühleinrichtung einen U-Flow-Kühler umfasst. Der U-Flow-Kühler ist
so an die Wärmeübertragerventileinrichtung
angeschlossen, dass das zurückgeführte Abgas
zum einen ungekühlt
am Kühler
vorbei durch die Wärmeübertragerventileinrichtung
geleitet werden kann. Zum anderen kann das rückgeführte Abgas mittels der Wärmeübertragerventileinrichtung
durch den U-Flow-Kühler hindurch
geleitet und so abgekühlt
rückgeführt werden.
Der U-Flow-Kühler
liefert den Vorteil, dass ein Bypass entfallen kann.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung,
in Strömungsrichtung
von der Entnahmestelle zu der Rückführstelle
betrachtet, stromaufwärts
oder stromabwärts
zu der Abgaskühleinrichtung
angeordnet ist. Die Wärmeübertragerventileinrichtung
kann demzufolge sowohl vor als auch hinter der Abgaskühleinrichtung
angeordnet sein.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung einen
Hochtemperatur-Abgaskühler
und einen Niedertemperatur-Abgaskühler umfasst. Je nach Anwendung
kann die zweistufige Abkühlung
vorteilhaft sein. Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung,
in Strömungsrichtung
von der Entnahmestelle zu der Rückführstelle
betrachtet, stromaufwärts
oder stromabwärts
zu dem Hochtemperatur-Abgaskühler
oder dem Niedertemperatur-Abgaskühler
angeordnet ist. Die Wärmeübertragerventileinrichtung
kann also vor oder hinter dem Hochtemperatur-Abgaskühler beziehungsweise
Niedertemperatur-Abgaskühler
angeordnet sein. Die Wärmeübertragerventileinrichtung kann
aber auch zwischen dem Hochtemperatur-Abgaskühler und dem Niedertemperatur-Abgaskühler angeordnet
sein.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführsystem von einem Hochdruck-Abgasrückführsystem
gebildet wird. Das Hochdruck-Abgasrückführsystem kann mit einer einstufigen
oder mit einer zweistufigen Abkühlung
ausgestattet sein.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Abgasrückführsystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführsystem von einem Niederdruck-Abgasrückführsystem
gebildet wird. Das Niederdruck-Abgasrückführsystem kann mit einer einstufigen
oder mit einer zweistufigen Abkühlung
ausgestattet sein.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit verschiedenen
Verwendungen in Abgasrückführsystemen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der
Zeichnung zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Ventil,
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2 eine
andere perspektivische, geschnittene Ansicht des Ventils von 1,
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3A-3C Seitenansichten
auf den Drehkolben aus unterschiedlichen Winkeln,
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4A eine
schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Grundprinzips in
Form einer Explosionsdarstellung von Drehkolben und vereinfacht dargestelltem
Ventilsitz,
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4B den
Drehkolben und Ventilsitz von 4A im
zusammengebauten Zustand zur Verdeutlichung der Funktion der Steuerkante,
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5 eine
Regelkurve mit Darstellung der Ventilstellungen,
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6A, 6B perspektivische
Darstellungen des Ventilgehäuses,
wobei die Darstellung von 6B in
Längsrichtung
des Abgas-Eintrittes geschnitten dargestellt ist,
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7 eine
geschnittene perspektivische Detaildarstellung des Ventilschafts
und dessen Führung und
Abdichtung,
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8 eine
Variante des erfindungsgemäßen Ventils
in perspektivischer Detaildarstellung des Ventilschafts und dessen
Führung,
wobei die Scheibe und die Hülse
links seitlich zusätzlich
in einer anderen Perspektive dargestellt sind,
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9 eine
perspektivische Ansicht der Betätigung
des Ventils,
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10 eine
perspektivische Ansicht der Betätigung
des Ventils gemäß einer
alternativen Betätigungsform,
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11 ein
Hochdruck-Abgasrückführsystem mit
einer einstufigen Abkühlung,
die einen Bypass umfasst,
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12 ein
Hochdruck-Abgasrückführsystem mit
einer einstufigen Abkühlung
mit einem U-Flow-Kühler,
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13 ein
Hochdruck-Abgasrückführsystem mit
einer zweistufigen Abkühlung,
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14 ein
Niederdruck-Abgasrückführsystem
mit einer einstufigen Abkühlung,
die einen Bypass umfasst,
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15 ein
Niederdruck-Abgasrückführsystem
mit einer einstufigen Abkühlung
mit einem U-Flow-Kühler,
und
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16 ein
Niederdruck-Abgasrückführsystem
mit einer zweistufigen Abkühlung.
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Ein
Drehkolbenventil 1 zur Regelung der Temperatur und der
Quantität
des zurückgeführten Abgases
bei Verbrennungsmotoren, wie unter Bezugnahme auf die 11 bis 16 an
späterer Stelle
anhand von sechs verschiedenen Anwendungen bei Abgasrückführungen
beschrieben ist, bestehend aus einem Ventilgehäuse 2 und einem Regelungselement 3 in
Form eines speziell ausgebildeten Drehkolbens ist mit seinem Ventilgehäuse 2 fest
an einem Wärmetauscherteil
angebracht, gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
angeschweißt. Dabei
kann die Anbringung auch lösbar
erfolgen, wie beispielsweise mit Hilfe von Schrauben. Die Richtung der
Anbringung entspricht den beiden parallel zueinander verlaufenden
Pfeilen in 2.
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Im
Ventilgehäuse 2 sind
eine erste Öffnung 4 für den Abgas-Eintritt,
in 1 durch einen Pfeil angedeutet, und, auf der dem
Abgas-Eintritt gegenüberliegenden
Seite, zwei weitere Öffnungen,
nämlich eine
in 2 oben durch einen Pfeil angedeutete zweite Öffnung 5 für den Bypass
und eine in 2 unten durch einen zweiten
Pfeil angedeutete dritte Öffnung 6,
die zum Kühler
(nicht dargestellt) führt, vorgesehen.
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Das
im Ventilgehäuse 2 angeordnete
Regelungselement 3 weist einen Ventilschaft 7 auf,
der mit einer Betätigungsvorrichtung 8 zur
Regelung der Stellung des Regelungselements 3 im Ventilgehäuse 2 verbunden
ist, in 2 oben dargestellt, wobei die Betätigung durch
einen Doppelpfeil angedeutet ist. Der Ventilschaft 7 ragt
hierbei durch einen das Ventilgehäuse 2 dicht verschließenden Deckel 9,
welcher mittels vier Schrauben (nicht dargestellt) am Ventilgehäuse 2 angeschraubt
ist. Hierbei ist bevorzugt eine Dichtung (nicht dargestellt), vorzugsweise
eine Flachdichtung, zwischen dem Ventilgehäuse 2 und dem Deckel 9 vorgesehen.
Die Betätigung
erfolgt gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
mittels einer druckgeregelten Unterdruckdose. Gemäß einer Variante,
die in 10 dargestellt ist, erfolgt
die Betätigung
mit Hilfe eines Elektromotors, dessen Abtrieb über ein Getriebe mit dem Ventilschaft 7 verbunden
ist.
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Das
Regelungselement 3, welches eine konische Mantelfläche 10 mit
einem Öffnungswinkel von
45° aufweist,
welche koaxial zur Längsachse
des Ventilschafts 7 angeordnet ist, weist auf der die konische
Mantelfläche 10 abschließenden Oberseite 11 und
Unterseite 12 jeweils eine entsprechend den Strömungsleitanforderungen
gebogenen Verlauf auf (vgl. 3A bis 3C),
wobei die Kanten 13 die Steuerkanten bilden, welche die Öffnungen 4, 5 und 6 im
Ventilgehäuse 2 je
nach Stellung des Regelungselements 3 ganz oder teilweise
freigeben oder verschließen.
Das Prinzip der Regelung ist in 4B dargestellt,
in der eine der beiden Steuerkanten durch die Öffnung sichtbar ist. Bei einer
Drehung des Ventilschafts 7 entgegen dem Uhrzeigersinn
wird die Öffnung
allmählich
verschlossen, bei einer Drehung in Uhrzeigersinn wird die Öffnung weiter
freigegeben, bis die Steuerkante von der anderen Seite wieder vor die Öffnung tritt
und diese allmählich
verschließt.
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Um
im geschlossen Zustand die entsprechende(n) Öffnungen) dicht zu verschließen, ist
im Ventilgehäuse 2 ein
Ventilsitz 14 vorgesehen, der mit einer entsprechend der
konischen Mantelfläche 11 ausgebildeten
konischen Mantelfläche 15 versehen ist,
durch welche die erste Öffnung 4 dringt.
Der Öffnungswinkel
beträgt
vorliegend ebenfalls 45°.
Die zweite Öffnung 5 ist
mit dem Bereich oberhalb der konischen Mantelfläche 15 und die dritte Öffnung 6 ist mit
dem Bereich unterhalb der konischen Mantelfläche 15 räumlich verbunden.
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Durch
diese Ausgestaltung des Drehkolbenventils 1 kann das Regelungselement 3 die
Funktion eines Absperrventils und gleichzeitig die Funktion einer
Verteilerklappe erfüllen,
so dass nur ein Regelungselement 3 erforderlich ist. Eine
Darstellung des freien Querschnitts für die Gasströmung über dem Drehwinkel
des Regelungselements 3 ist in 5 dargestellt,
wobei im oberen Bereich von 5 das Drehkolbenventil 1 zur
Verdeutlichung der Ausgestaltung des Drehkolbens in verschiedenen
Stellungen geschnitten dargestellt ist, wobei die dargestellte Stellung
mit einem Pfeil auf die entsprechende Stelle im Diagramm gekennzeichnet
ist.
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Links
ist die vollständig
geschlossene Stellung, kurz vor dem Öffnen des Kaltluftkanals (d.h.
der unteren, dritten Öffnung 6),
dargestellt, welche vorliegend einem Drehwinkel von ca. 0° zugeordnet
ist. Hierbei wird der Eintritt des Abgases durch die erste Öffnung 4 auf
Grund der Stellung des Drehkolbens verhindert, welcher die erste Öffnung 4 vollständig verschließt.
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Wie
aus der Darstellung ersichtlich ist, erfolgt bei einem Drehwinkel
von 0° bis
ca. 130° eine „kalte" Mengenregelung,
das heißt
das Abgas gelangt – in vorliegend
etwa linearem Zusammenhang zwischen freiem Querschnitt und Drehwinkel – durch
die erste Öffnung 4 in
das Drehkolbenventil 1 und durch die dritte Öffnung 6 zum
Abgaskühler.
Die zweite Öffnung 5 ist
in diesem Drehwinkelbereich des Drehkolbens auf Grund des Verlaufs
der oberen Kante 13', die
im Bereich der ersten Öffnung 4 in
Anlage an die konische Mantelfläche 15 des
Ventilsitzes 14 oberhalb der ersten Öffnung 4 ist, vollständig geschlossen,
so dass das Abgas ausschließlich
durch die untere, dritte Öffnung 6 zum
Kühler
geleitet wird. Hierbei hat der freie Querschnitt bei einem Drehwinkel des
Drehkolbens von ca. 110° sein
absolutes Maximum, d.h. in dieser Stellung des Drehkolbens kann die
größte Abgasmenge
das Drehkolbenventil 1 durchströmen, wobei der gesamte Abgasstrom
vorliegend ausschließlich
zum Abgaskühler
geleitet wird.
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Bei
einem Drehwinkel von ca. 130° bis
230° erfolgt
eine Temperaturregelung, das heißt das Gas wird sowohl durch
die zweite als auch durch die dritte Öffnung 5 bzw. 6 geleitet,
wobei die untere, dritte Öffnung 6 mit
zunehmenden Drehwinkel langsam geschlossen und die obere, zweite Öffnung 5 langsam geöffnet und
bei einem Drehwinkel ab ca. 230° bis 360° die dritte Öffnung 6 vollständig geschlossen
ist. Um dies zu ermöglichen,
sind beide Kanten 13' und 13'' im Bereich der ersten Öffnung 4 verlaufend
angeordnet, so dass ein Vorbeiströmen des Abgases nach oben und
unten möglich
ist. Der Verlauf der Kanten 13 ist hierbei derart ausgelegt,
dass der freie Querschnitt über
den gesamten Winkelbereich konstant bleibt, so dass auch die das
Drehkolbenventil 1 durchströmende Abgasmenge im Wesentlichen
konstant ist.
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Bei
einem Drehwinkel von über
230° bis
ca. 330° erfolgt
eine „warme" Mengenregelung,
das heißt
das Abgas wird ausschließlich
durch die zweite Öffnung 5 geleitet.
Die dritte Öffnung 6 ist
in diesem Drehwinkelbereich des Drehkolbens auf Grund des Verlaufs
der unteren Kante 13'', die in diesem
Drehwinkelbereich unterhalb der ersten Öffnung 4 anliegt, vollständig geschlossen,
so dass das Abgas ausschließlich
durch die zweite Öffnung 5 und
somit durch den Bypass, vorbei am Abgaskühler zum Bypass geleitet wird.
Der freie Querschnitt nimmt in Abhängigkeit des Drehwinkels über den
Winkelbereich der „warmen" Mengenregelung im
Wesentlichen linear ab.
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Der
Ventilschaft 7 weist, wie in 7 dargestellt,
einen flanschartig ausgebildeten Rand 16 und an seinem
durch den Deckel 9 ragenden Endbereich 17 eine
Verzahnung 18 auf. Auf den Ventilschaft 7 ist zur
Führung
und Abdichtung eine Hülse 19 und
eine Scheibe 20 geschoben. Oberhalb der Scheibe 20 sind
zwei Tellerfedern 21 angeordnet, die an der Innenseite
des Deckels 9 anliegen und ein Spiel in Ventilschaft-Längsrichtung
ausgleichen. Die Tellerfedern 21 bestehen beispielsweise
aus Inconnel oder Waspalloy.
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Gemäß einer
in 8 dargestellten, bevorzugten reibungsärmeren Variante,
bei der im Folgenden mit dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel übereinstimmende
oder gleichwirkende Elemente mit um 100 höheren Bezugzeichen
versehen sind, weist eine der Hülse 19 entsprechende
Hülse 119 an
ihrer an einer Scheibe 120 anliegenden Stirnfläche 130 eine
mit abgeschrägten
Seitenwänden
in radialer Richtung verlaufende Nut 131 auf. Die Scheibe 120 weist
ihrerseits einen in Richtung der Hülse 119 vorstehenden
Bereich 132 auf, welcher in seiner Form derjenigen der
Nut 131 entspricht.
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Zur
Positionierung der Hülse 119 im
Ventilgehäuse 102 ist
in einem seitlich überstehenden
Randbereich 133 eine weitere Nut 134 vorgesehen,
in welche ein am Deckel 109 ausgebildeter Vorsprung 135 ragt,
so dass die Hülse 119 verdrehsicher
auf dem Ventilschaft 107 sitzt. Die Hülse 119 ist zudem
auf nicht näher
dargestellte Weise fest mit dem Deckel 109 verbunden. Die
Scheibe 120 ist auf nicht näher dargestellte Weise verdrehsicher
mit dem Ventilschaft 107 verbunden.
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Um
die Reibung bei einer Drehung des Ventilschafts 107 zu
vermindern, ist der Ventilschaft 107 und somit auch das
Regelelement leicht, vorliegend um 0,1 mm, in axialer Richtung verschiebbar,
wobei nur im geschlossenen Zustand die Mantelflächen von Regelelement und Ventilsitz
aneinander anliegen. Die axiale Verschiebbarkeit wird durch das
Zusammenspiel des vorstehenden Bereichs 132 der ventilschaftfesten
Scheibe 120 und der Nut 131 in der ventilgehäusefesten
Hülse 119 und
die federnde Vorspannung der oberhalb der Scheibe 120 und
entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
angeordneten Tellerfedern 121 ermöglicht. Die Tellerfedern 121 spannen
die Scheibe 120 und somit den Ventilschaft 107 nach
unten vor, so dass der vorstehende Bereich 132 stets in
Anlage mit der oberen Stirnfläche 130 beziehungsweise
der Nut 131 der Hülse 119 ist.
Ist der vorstehende Bereich 132 in Anlage mit der oberen
Stirnfläche 130,
so wird der Ventilschaft 107 und somit auch das Regelelement
um die Höhe
des vorstehenden Bereichs 132 durch die ventilgehäusefeste
Hülse 119 nach
oben verschoben. Gelangt der vorstehende Bereich 132 in
die Nut 131, so senkt sich der Ventilschaft 107 und
somit auch das Regelelement bis zur vollständigen Anlage der beiden Mantelflächen ab
und das Drehkolbenventil 101 ist vollständig geschlossen.
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In
den 11 bis 13 sind
verschiedene Ausführungsbeispiele
eines Hochdruck-Abgasrückführsystems
vereinfacht dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Leistung eines Verbrennungsmotors hängt von
Hubraum, Drehzahl und mittlerem Gasdruck ab. Durch eine Aufladung
des Motors kann die Füllung
erheblich verbessert und damit die Motorleistung gesteigert werden.
Das Kraftstoff-Luftgemisch oder die Luft wird ganz oder teilweise
außerhalb
des Zylinders vorverdichtet. Bei einem Motor mit Abgasturbolader
treiben die Abgase die Turbine und diese den Verdichter an. Der
Verdichter übernimmt
das Ansaugen und liefert dem Motor eine vorverdichtete Frischgasladung.
Ein Ladeluftkühler
in der Ladeleitung führt
die Verdichtungswärme
an die Umgebungsluft ab. Dadurch wird die Zylinderfüllung weiter
verbessert.
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Die
Abgasrückführung dient
dazu, das Abgas möglichst
weit abzukühlen.
Das zurückgeführte Abgas
nimmt an der Verbrennung in der Brennkraftma schine nicht mehr teil,
erwärmt
sich aber. Insgesamt wird durch das rückgeführte Abgas die Temperatur in
der Brennkraftmaschine beziehungsweise dem Motor abgesenkt. Durch
niedrige Temperaturen im Motor kann die Entstehung von Stickoxiden,
die stark von der Temperatur im Motor abhängig ist, reduziert werden.
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Das
Kraftstoff-Luftgemisch wird über
einen Luftfilter 1101 von einem Verdichter 1102 angesaugt und
einem Motor 1104 zugeführt.
Von dem Motor 1104 gelangt das Abgas zu einer Turbine 1106,
die den Verdichter 1102 antreibt. Zwischen dem Motor 1104 und
der Turbine 1106, die auch als Turboladerturbine bezeichnet
wird, ist eine Entnahmestelle 1108 vorgesehen, die mit
einer Rückführstelle 1109 in
Verbindung steht. Über
die Rückführstelle 1109 wird
das Abgas wieder dem Motor 1104 zugeführt. Zwischen der Entnahmestelle 1108 und
der Rückführstelle 1109 ist
ein erfindungsgemäßes Ventil,
insbesondere wie es unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 beschrieben
ist, und welches im Folgenden als Wärmeübertragerventil 1111 oder
auch als Kombinationsventil bezeichnet wird, angeordnet. Das Kombinationsventil 1111 steht
mit einem Abgaskühler 1112 in
Verbindung, der einen Bypass umfasst. Dieser Bypass ist einteilig
mit dem Kühlergehäuse ausgeführt. In
einer weiteren nicht dargestellten Ausführung der Erfindung ist der
Bypass als getrennte Rohrleitung ausgebildet, die insbesondere den
Kühler
umgeht. Zwischen den Verdichter 1102 und die Rückführstelle 1109 ist
ein Ladeluftkühler 1114 geschaltet.
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Die
in den 12 und 13 dargestellten Hochdruck-Abgasrückführsysteme ähneln dem
in 11 dargestellten Abgasrückführsystem. Zur Bezeichnung gleicher
Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen
zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der 11 verwiesen.
Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den einzelnen
Ausführungsbeispielen
eingegangen.
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Bei
dem in 12 dargestellten Hochdruck-Abgasrückführsystem
ist zwischen die Entnahmestelle 1108 und die Rückführstelle 1109 ein
erfindungsgemäßes Wärmeübertragerventil 1121 geschaltet,
das auch als Kombinationsventil bezeichnet wird. Das Kombinationsventil 1121 steht
mit einem U- Flow-Kühler in
Verbindung. Je nach Schaltstellung des Kombinationsventils 1121 gelangt
das rückgeführte Abgas
entweder direkt durch das Kombinationsventil 1121 ungekühlt von
der Entnahmestelle 1108 zur Rückführstelle 1109, oder
das rückgeführte Abgas
wird mittels des Kombinationsventils in den U-Flow-Kühler geleitet,
in dem U-Flow-Kühler 1122 gekühlt und
gelangt dann erst zur Rückführstelle 1109.
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Bei
dem in 13 dargestellten Hochdruck-Abgasrückführsystem
ist zwischen der Entnahmestelle 1108 und der Rückführstelle 1109 ein Kombinationsventil 1131 mit
einer zweistufigen Abkühleinrichtung
angeordnet, die einen Hochtemperatur-Abgaskühler 1132 und einen
Niedertemperatur-Abgaskühler 1133 umfasst.
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In
den 14 bis 16 sind
verschiedene Ausführungsbeispiele
eines Niederdruck-Abgasrückführsystems
vereinfacht dargestellt. Das Kraftstoff-Luftgemisch wird über einen Luftfilter 1101 von einem
Verdichter 1102 angesaugt und einem Motor 1104 zugeführt. Das
Abgas des Motors 1104 wird in einer Turbine 1106 entspannt,
die den Verdichter 1102 antreibt. Stromabwärts der
Turbine 1106 ist eine Entnahmestelle 1108 angeordnet,
die mit einer Rückführstelle 1109 in
Verbindung steht. Die Rückführstelle 1109 ist
stromaufwärts
des Verdichters 1102 angeordnet. Zwischen den Verdichter 1102 und den
Motor 1104 ist ein Ladeluftkühler 1114 geschaltet.
Zwischen die Turbine 1106 und die Entnahmestelle 1108 ist
ein Dieselpartikelfilter 1140 mit Oxidationskatalysator
geschaltet. Zwischen die Entnahmestelle 1108 und die Rückführstelle 1109 ist
ein Wärmeübertragerventil 1141,
das auch als Kombinationsventil bezeichnet wird, geschaltet. Das
Kombinationsventil 1141 steht mit einem Abgaskühler 1142 in Verbindung,
der mit einem Bypass ausgestattet ist. Zwischen den Abgaskühler 1142 und
die Rückführstelle 1109 ist
ein Kondensatabscheider 1144 geschaltet. In Strömungsrichtung
im Anschluss an die Entnahmestelle 1108 ist ein Abgasgegendruckventil 1145 angeordnet.
Zwischen die Rückführstelle 1109 und
den Luftfilter 1101 ist eine Ladeluftdrossel 1147 geschaltet.
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In
den 15 und 16 sind ähnliche
Niederdruck-Abgasrückführsysteme
wie in 14 dargestellt. Zur Bezeichnung
gleicher Teile werden gleiche Be zugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu
vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der 14 verwiesen.
Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen
eingegangen.
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Bei
dem in 15 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist zwischen die Entnahmestelle 1108 und die Rückführstelle 1109 ein
Wärmeübertragerventil 1151,
das auch als Kombinationsventil bezeichnet wird, geschaltet. Das
Kombinationsventil 1151 steht mit einem U-Flow-Kühler 1152 in
Verbindung. Je nach Schaltstellung des Kombinationsventils 1151 gelangt
das rückgeführte Abgas
entweder direkt durch das Kombinationsventil 1151 ungekühlt von
der Entnahmestelle 1108 zur Rückführstelle 1109, oder
das rückgeführte Abgas
wird mittels des Kombinationsventils in den U-Flow-Kühler 1152 geleitet,
in dem U-Flow-Kühler 1152 gekühlt und
gelangt dann erst zur Rückführstelle 1109.
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Bei
dem in 16 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind zwischen die Entnahmestelle 1108 und die Rückführstelle 1109 ein
Kombinationsventil 1161 mit einer zweistufigen Abkühleinrichtung angeordnet,
die einen Hochtemperatur-Abgaskühler 1162 und
einen Niedertemperatur-Abgaskühler 1163 umfasst.