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Die
Erfindung betrifft eine Wärmeübertragerventileinrichtung
zum Regeln eines Fluidstroms, insbesondere eines Abgas- oder Ladeluftstroms,
mit einem Ventilgehäuse,
das einen Eingang für
den Fluidstrom und einen Wärmeübertragerausgang
aufweist, durch den einem Wärmeübertrager,
insbesondere einem Kühler,
in Abhängigkeit
von der Stellung eines Ventilkörpers
ein mehr oder weniger großer
Fluidstrom zugeführt
wird.
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In
herkömmlichen
Abgassystemen wird zum Regeln des Abgasstroms ein Abgasregelventil
verwendet. Zum Verteilen des Abgases wird eine Abgasklappe verwendet,
die den Abgasstrom entweder durch den Kühler oder durch einen Bypass
am Kühler vorbei
leitet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine verbesserte Wärmeübertragerventileinrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar
ist.
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Die
Aufgabe ist bei einer Wärmeübertragerventileinrichtung
zum Regeln eines Fluidstroms, insbesondere eines Abgas- oder Ladeluftstroms,
mit einem Ventilgehäuse,
das einen Eingang für
den Fluidstrom und einen Wärmeübertragerausgang
aufweist, durch den einem Wärmeübertrager,
insbesondere einem Kühler,
in Abhängigkeit
von der Stellung eines Ventilkörpers
ein mehr oder weniger großer
Fluidstrom zugeführt
wird, dadurch gelöst,
dass das Ventilgehäuse
einen weiteren Ausgangs, insbesondere einen Bypassausgang, aufweist,
durch den in Abhängigkeit
von der Stellung eines Ventilschiebers, der hin und her bewegbar
in dem Ventilgehäuse
angeordnet ist, ein mehr oder weniger großer Fluidstrom an dem Wärmeübertrager
vorbei geleitet wird. Gemäß einem wesentlichen
Aspekt der Erfindung werden die Funktionen Regeln und Verteilen
des Fluidstroms in einer einzigen Ventileinrichtung zusammengefasst.
Mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertragerventileinrichtung
ist es möglich,
den durch den Eingang in das Ventilgehäuse eintretenden Fluidstrom
geregelt zu dem Wärmeübertragerausgang
oder zu dem Bypassausgang zu leiten. Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung kann der Eingang mit dem Ventilschieber auch komplett
geschlossen werden. Der Ventilschieber kann auch als Ventilkörper bezeichnet
werden. Der Ventilschieber wird durch elektrische Steller, insbesondere
elektromagnetische Steller, oder durch pneumatische Steller, insbesondere
durch mindestens eine Unterdruckdose, betätigt. Die herkömmliche
Abgasklappe kann entfallen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber zwischen einer
ersten Extremstellung, in welcher der weitere Ausgang geschlossen
und der Wärmeübertragerausgang
geöffnet
ist, und einer zweiten Extremstellung hin und her bewegbar ist,
in welcher der weitere Ausgang geöffnet und der Wärmeübertragerausgang
geschlossen ist. Durch den Ventilschieber kann auch bei hohen Drücken eine
ausreichende Dichtigkeit gewährleistet
werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung
des Ventilschiebers der weitere Ausgang und der Wärmeübertragerausgang
geschlossen sind.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung
des Ventilschiebers der weitere Ausgang und der Wärmeübertragerausgang
teilweise geöffnet sind.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung
des Ventilschiebers der weitere Ausgang und der Wärmeübertragerausgang
geöffnet
sind.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung
des Ventilschiebers der weitere Ausgang geöffnet und der Wärmeübertragerausgang
geschlossen ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung
des Ventilschiebers der Wärmeübertrageausgang
geöffnet
und der weitere Ausgang geschlossen ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber einen im Wesentlichen
kreisrylinderförmigen
Schließkörper umfasst.
Der Schließkörper ist
in einer Ausnehmung des Ventilgehäuses hin und her bewegbar aufgenommen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper ein zentrales Durchgangsloch
aufweist. Das zentrale Durchgangsloch dient zum Durchführen einer
Kolbenstange, durch die der Schließkörper mit einer Antriebseinrichtung
gekoppelt ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper an mindestens einer Stirnseite
mehrere Vorsprünge
aufweist. Die Vorsprünge
erstrecken sich in Bewegungsrichtung des Schließkörpers und dienen dazu, den Schließkörper in
dem Ventilgehäuse
zu führen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper an beiden Stirnseiten
mehrere Vorsprünge
aufweist. Dadurch wird auch in den Extremstellungen der Hin- und
Herbewegung des Schließkörpers eine
stabile Führung
des Schließkörpers in
dem Ventilgehäuse sichergestellt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber oder Ventilkolben
zwischen zwei Federelementen in eine Nulllage vorgespannt ist, in
welcher der Eingang verschlossen ist. Wenn sich der Ventilschieber,
der auch als Ventilkolben bezeichnet wird, in seiner Nulllage befindet,
dann ist die Verbindung zwischen dem Eingang und den Ausgängen durch
den Schließkörper unterbrochen.
Durch die Federelemente wird eine Fail-Safe-Funktion ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper durch zwei Lagerringe
geführt
ist. Die Lagerringe sind vorzugsweise aus Keramik gebildet und jeweils
zwischen einem Absatz in dem Ventilgehäuse und einem Sicherungsring
in axialer Richtung fixiert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber teilweise aus
Keramik gebildet ist. Anstelle von Keramik kann auch Edelstahl verwendet
werden. Der Ventilschieber kann teilweise oder vollständig aus
Edelstahl gebildet sein.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse teilweise aus Keramik gebildet
ist. Vorzugsweise ist die Lauffläche
für den
Ventilschieber aus Keramik gebildet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber mit einem Dichtelement
für den
Eingang ausgestattet ist. Vorzugsweise ist der Eingang mit einem
Dichtsitz für das
Dichtelement ausgestattet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement eine dem Eingang
zugewandte Dichtfläche
aufweist, welche die Gestalt eines Kugelabschnitts hat. Durch Verwendung
eines Kugelabschnitts mit einem großen Durchmesser wird das Verschieben
des Ventilschiebers erleichtert.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement an dem Ventilschieber
hin und her bewegbar geführt
ist. Dadurch wird das Verschließen
des Eingangs mit dem Dichtelement, das auch als Schließelement
bezeichnet wird, vereinfacht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement durch eine Federeinrichtung
gegen den Eingang vorgespannt ist. Dadurch wird ein dichtes Verschließen des Eingangs
ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Wärmeübertragerventileinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber einen Druckausgleichskanal
aufweist. Dadurch wird das Verschieben des Ventilschiebers in dem
Ventilgehäuse
erleichtert.
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Bei
einem Verfahren zum Reinigen einer vorab beschriebenen Wärmeübertragerventileinrichtung ist
die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass der Ventilschieber
aus einer Ausgangslage einmal oder mehrmals hin und her bewegt wird.
Durch das Verfahren des Ventilschiebers werden abgelagerte Partikel
beziehungsweise abgelagertes Kondensat abgeschabt beziehungsweise
abgeschält. Dadurch
ist im Betrieb des Fahrzeugs eine einwandfreie Funktion gewährleistet.
Dieses Reinigungsverfahren kann auch bei oder nach Abstellen des
Motors angewendet werden.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Ventilschiebers
mit Hilfe einer Sensoreinrichtung erfasst wird. Eine mögliche Verschmutzung des
Ventilschiebers wird vorzugsweise durch eine Abweichung eines von
der Sensoreinrichtung er fassten Sensorsignals der Lagerückmeldung
einer Antriebseinrichtung des Ventilschiebers erfasst.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Sensoreinrichtung
erfasstes Sensorsignal mit einem Referenzsignal verglichen wird. Bei
dem Referenzsignal handelt es sich vorzugsweise um ein elektrisches
Ansteuersignal der Antriebseinrichtung des Ventilschiebers.
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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 vorab beschriebene
Wärmeübertragerventileinrichtung
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.
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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 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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In
einer weiteren Ausführung
sind bei dem Verfahren zur Reinigung, insbesondere der Wärmeübertragungsventileinrichtung,
der Wärmeübertragerausgang
und der Bypassausgang verschlossen. Insbesondere kann während des
Reinigungsverfahrens kein Medium, insbesondere kein Abgas oder keine Ladeluft,
durch den Wärmeübertragerausgang
dem Wärmeübertrager
und über
den Bypassausgang dem Bypass zugeführt werden.
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In
einer weiteren Ausführung
sind bei dem Verfahren zur Reinigung, insbesondere der Wärmeübertragungsventileinrichtung,
der Wärmeübertragerausgang
oder der Bypassausgang verschlossen. Insbesondere kann während des
Reinigungsverfahrens kein Medium, insbesondere kein Abgas oder keine
Ladeluft, durch den Wärmeübertragerausgang dem
Wärmeübertrager
oder über
den Bypassausgang dem Bypass zugeführt werden.
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In
einer weiteren Ausführung
wird bei dem Verfahren zur Reinigung, insbesondere der Wärmeübertragungsventileinrichtung,
das Verfahren zum Reinigen gestartet, sobald ein erfasstes Sensorsignal
einer Sensoreinrichtung, insbesondere zur Messung einer Reibwiderstandskraft
eines Reibwiderstandes zwischen zumindest einem Schließkörpers und
zumindest einem Gehäuseführungsabschnitt, mit
einem Referenzsignal übereinstimmt.
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Insbesondere,
wenn das Sensorsignal das Referenzsignal über- und/oder unterschreitet
oder mit diesem übereinstimmt,
kann das Verfahren zur Reinigung gestartet werden. Insbesondere,
wenn das Sensorsignal ein zweites anderes Referenzsignal über- und/oder
unterschreitet oder mit diesem übereinstimmt,
kann das Verfahren zur Reinigung beendet werden.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Wärmeübertrager,
insbesondere einen Abgaswärmeüberirager,
mit einer vorab beschriebenen Wärmeübertragerventileinrichtung.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es
zeigen:
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1 ein
Hochdruck-Abgasrückführsystem mit
einer einstufigen Abkühlung,
die einen Bypass umfasst;
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2 ein
Hochdruck-Abgasrückführsystem mit
einer einstufigen Abkühlung
mit einem U-Flow-Kühler;
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3 ein
Hochdruck-Abgasrückführsystem mit
einer zweistufigen Abkühlung;
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4 ein
Niederdruck-Abgasrückführsystem
mit einer einstufigen Abkühlung,
die einen Bypass umfasst;
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5 ein
Niederdruck-Abgasrückführsystem
mit einer einstufigen Abkühlung
mit einem U-Flow-Kühler;
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6 ein
Niederdruck-Abgasrückführsystem
mit einer zweistufigen Abkühlung;
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7 eine
erfindungsgemäße Wärmeübertragerventileinrichtung
im Längsschnitt;
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8 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie II-II in 1;
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9 eine
Wärmeübertragerventileinrichtung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
im Längsschnitt;
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10 eine
Wärmeübertragerventileinrichtung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
im Längsschnitt
durch den Ventilschieber;
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11 einen
Schließkörper des
Ventilschiebers der Wärmeübertragerventileinrichtung
aus 10 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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12 eine
Seitenansicht des Schließkörpers aus 11;
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13 einen ähnlichen
Schließkörper wie
in 11 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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14 eine
Seitenansicht des Schließkörpers aus 13;
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15 einen ähnlichen
Schließkörper wie
in den 11 und 13 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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16 eine
Seitenansicht des Schließkörpers aus 15,
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17 eine
Wärmeübertragerventileinrichtung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
im Längsschnitt
durch den Ventilschieber und
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18 eine
Wärmeübertragerventileinrichtung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
im Längsschnitt
durch den Ventilschieber.
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In
den 1 bis 3 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 Brennkraftmaschine 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 101 von einem Verdichter 102 angesaugt und
einem Motor 104 zugeführt.
Von dem Motor 104 gelangt das Abgas zu einer Turbine 106,
die den Verdichter 102 antreibt. Zwischen dem Motor 104 und der
Turbine 106, die auch als Turboladerturbine bezeichnet
wird, ist eine Entnahmestelle 108 vorgesehen, die mit einer
Rückführstelle 109 in
Verbindung steht. Über
die Rückführstelle 109 wird
das Abgas wieder dem Motor 104 zugeführt. Zwischen der Entnahmestelle 108 und
der Rückführstelle 109 ist
ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragerventil 111,
das auch als Kombinationsventil bezeichnet wird, angeordnet. Das
Kombinationsventil 111 steht mit einem Abgaskühler 112 in
Verbindung, der einen Bypass umfasst. Dieser Bypass ist einteilig
mit dem Kühlergehäuse ausgeführt. In
einer weiteren nicht dargestellten Ausführung ist der Bypass insbesondere
eine separate Rohrleitung, die den Kühler umgeht. Zwischen den Verdichter 102 und
die Rückführstelle 109 ist
ein Ladeluftkühler 114 geschaltet.
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Die
in den 2 und 3 dargestellten Hochdruck-Abgasrückführsysteme ähneln dem
in 1 dargestellten Abgasrückführsystem. Zur Bezeichnung gleicher
Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet: Um Wiederholungen
zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der 1 verwiesen.
Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den einzelnen
Ausführungsbeispielen
eingegangen.
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Bei
dem in 2 dargestellten Hochdruck-Abgasrückführsystem
ist zwischen die Entnahmestelle 108 und die Rückführstelle 109 ein
erfindungsgemäßes Wärmeübertragerventil 121 geschaltet,
das auch als Kombinationsventil bezeichnet wird. Das Kombinationsventil 121 steht
mit einem U-Flow-Kühler in
Verbindung. Je nach Schaltstellung des Kombinationsventils 121 gelangt
das rückgeführte Abgas
entweder direkt durch das Kombinationsventil 121 ungekühlt von
der Entnahmestelle 108 zur Rückführstelle 109, oder
das rückgeführte Abgas wird
mittels des Kombinationsventils in den U-Flow-Kühler 122 geleitet,
in dem U-Flow-Kühler 122 gekühlt und
gelangt dann erst zur Rückführstelle 109.
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Bei
dem in 3 dargestellten Hochdruck-Abgasrückführsystem
ist zwischen der Entnahmestelle 108 und der Rückführstelle 109 ein Kombinationsventil 131 mit
einer zweistufigen Abkühleinrichtung
angeordnet, die einen Hochtemperatur-Abgaskühler 132 und einen
Niedertemperatur-Abgaskühler 133 umfasst.
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In
den 4 bis 6 sind verschiedene Ausführungsbeispiele
eines Niederdruck-Abgasrückführsystems
vereinfacht dargestellt. Das Kraftstoff-Luftgemisch wird über einen Luftfilter 101 von einem
Verdichter 102 angesaugt und einem Motor 104 zugeführt. Das
Abgas des Motors 104 wird in einer Turbine 106 entspannt,
die den Verdichter 102 antreibt. Stromabwärts der
Turbine 106 ist eine Entnahmestelle 108 angeordnet,
die mit einer Rückführstelle 109 in
Verbindung steht. Die Rückführstelle 109 ist
stromaufwärts
des Verdichters 102 angeordnet. Zwischen den Verdichter 102 und
den Motor 104 ist ein Ladeluftkühler 114 geschaltet.
Zwischen die Turbine 106 und die Entnahmestelle 108 ist
ein Dieselpartikelfilter 140 mit Oxidationskatalysator
geschaltet. Zwischen die Entnahmestelle 108 und die Rückführstelle 109 ist
ein Wärmeübertragerventil 141,
das auch als Kombinationsventil bezeichnet wird, geschaltet. Das
Kombinationsventil 141 steht mit einem Abgaskühler 142 in
Verbindung, der mit einem Bypass ausgestattet ist. Zwischen den
Abgaskühler 142 und
die Rückführstelle 109 ist
ein Kondensatabscheider 144 geschaltet. In Strömungsrichtung
im Anschluss an die Entnahmestelle 108 ist ein Abgasgegendruckventil 145 angeordnet.
Zwischen die Rückführstelle 109 und
den Luftfilter 101 ist eine Ladeluftdrossel 147 geschaltet.
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In
den 5 und 6 sind ähnliche Niederdruck-Abgasrückführsysteme
wie in 4 dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher Teile
werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden,
wird auf die vorangegangene Beschreibung der 4 verwiesen.
Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den einzelnen
Ausführungsbeispielen
eingegangen.
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Bei
dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen
die Entnahmestelle 108 und die Rückführstelle 109 ein Wärmeübertragerventil 151, das
auch als Kombinationsventil bezeichnet wird, geschaltet. Das Kombinationsventil 151 steht
mit einem U-Flow-Kühler 152 in
Verbindung. Je nach Schaltstellung des Kombinationsventils 151 gelangt
das rückgeführte Abgas
entweder direkt durch das Kombinationsventil 151 ungekühlt von
der Entnahmestelle 108 zur Rückführstelle 109, oder
das rückgeführte Abgas
wird mittels des Kombinationsventils in den U-Flow-Kühler 152 geleitet,
in dem U-Flow-Kühler 152 gekühlt und
gelangt dann erst zur Rückführstelle 109.
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Bei
dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwischen
die Entnahmestelle 108 und die Rückführstelle 109 ein Kombinationsventil 161 mit
einer zweistufigen Abkühleinrichtung
angeordnet, die einen Hochtemperatur-Abgaskühler 162 und einen
Niedertemperatur-Abgaskühler 163 umfasst.
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In
den 7 und 8 ist eine erfindungsgemäße Wärmeübertragerventileinrichtung 1 in
verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Wärmeübertragerventileinrichtung 1 umfasst
ein Gehäuse 2 mit einem
Eingang 4 für
ein Fluid. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um Abgas oder
Ladeluft. Der Eingang 4 wird von einem Eingangsstutzen 5 gebildet,
der im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylindermantels aufweist,
der einstückig
mit dem Gehäuse 2,
das auch als Ventilgehäuse
bezeichnet wird, verbunden ist und eine kreisrunde Eintrittsöffnung 6 umfasst.
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Des
Weiteren weist das Ventilgehäuse 2 eine Kühleraustrittsöffnung 10 in
einem Kühlerausgang 11 auf,
der mit einem (nicht dargestellten) Kühler in Verbindung steht. Darüber hinaus
weist das Ventilgehäuse 2 einen
Bypassausgang 12 auf, der mit einer (nicht dargestellten)
Bypassleitung in Verbindung steht, über die Fluid an dem Kühler vorbei
geleitet wird. Der Kühlerausgang 11 wird
von einem Kühleraustrittsstutzen 13 gebildet,
der einstückig
mit dem Ventilgehäuse 2 ausgebildet
ist und sich nach außen hin
trichterförmig
erweitert. Der Bypassausgang 12 wird von einem Bypassaustrittsstutzen 14 gebildet, der
einstückig
mit dem Ventilgehäuse 2 ausgebildet ist
und eine Bypassaustrittsöffnung 15 aufweist.
Die jeweiligen Querschnitte der Leitungen sind gleich groß. Das führt zu einem
geringeren Verstellweg, da der Austrittsbereich im Durchmesser kleiner
werden kann. Vorzugsweise sind die Verstellwege gleich. Das führt dazu,
dass der Austritt einen doppelt so großen Durchmesser wie der Eintritt
hat und damit die vierfache Fläche
aufweist.
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In
dem Ventilgehäuse 2 ist
ein Ventilschieber 16 hin und her bewegbar geführt. Der
Ventilschieber 16 weist eine Ventilschieberstange 18 auf,
an deren einem Ende ein Schließkörper 20 ausgebildet
ist. In dem Schließkörper 20 ist
eine Druckausgleichsbohrung 22 vorgesehen, die einen Druckausgleich
ermöglicht,
wenn der Schließkörper 20 in
dem Ventilgehäuse 2 in
Richtung eines Doppelpfeils 23 hin und her bewegt wird.
An dem Schließkörper 20 ist
ein Dichtelement 24, das eine Dichthülse 25 umfasst, senkrecht
zu dem Doppelpfeil 23 hin und her bewegbar geführt. Auf
seiner dem Schließkörper 20 abgewandten
Seite weist das Dichtelement 24 eine Dichtfläche 26 auf, durch
welche die Eintrittsöffnung 6 des Eingangs 4 für das Fluid
verschlossen ist. Die Dichthülse 25 ist
in einem Ringraum 28, der in dem Schließkörper 20 ausgespart
ist, hin und her bewegbar geführt.
Der Ringraum 28 wird radial innen von einem im Wesentlichen
kreiszylinderförmigen
Vorsprung 29 begrenzt. Die dem Eingang 4 zugewandte Stirnfläche des
Vorsprungs 29 bildet einen Anschlag für das Dichtelement 24.
Außerdem
ist in dem Ringraum 28 eine Schraubendruckfeder 30 vorgesehen, durch
welche das Dichtelement 24 mit seiner Dichtfläche 26 gegen
die Eintrittsöffnung 6 des
Eingangs 4 für
das Fluid vorgespannt ist.
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Das
Ventilgehäuse 2 ist
durch einen Ventilgehäusedeckel 32 verschlossen,
der einen Führungsstutzen 34 aufweist.
Durch den Führungsstutzen 34 erstreckt
sich die Ventilschieberstange 18 aus dem Ventilgehäuse 2 nach
außen. Über die
Ventilschieberstange 18 kann der Schließkörper 20 in dem Ventilgehäuse 2 in
Richtung des Doppelpfeils 23 hin und her bewegt werden.
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In
der in 7 dargestellten Stellung des Schließkörpers 20 ist
die Eintrittsöffnung 6 durch
die Dichtfläche 26 des
Dichtelements 24 verschlossen. Die Kühleraustrittsöffnung 10 und
die Bypassaustrittsöffnung 15 sind
durch den Schließkörper 20 verschlossen.
Wenn der Schließkörper 20 zum
Ventilgehäusedeckel 32 hin
bewegt wird, dann werden sowohl die Eintrittsöffnung 6 als auch
die Kühleraustrittsöffnung 10 geöffnet, so
dass Fluid vom Eingang 5 zum Kühlerausgang 11 gelangt.
Die Größe des Durchtrittsquerschnitts
für das
Fluid hängt
von der Stellung des Schließkörpers 20 in
dem Ventilgehäuse 2 ab.
Wenn der Schließkörper 20 aus
der in 1 dargestellten Stellung von dem Ventilgehäusedeckel 32 weg
bewegt wird, dann werden sowohl die Eintrittsöffnung 6 als auch
die Bypassaustrittsöffnung 15 geöffnet.
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Durch
die erfindungsgemäße Wärmeübertragerventileinrichtung
wird auf einfache Art und Weise die Verteilung und Regelung von
Fluidströmen, insbesondere
von Abgasströmen
oder Ladeluftströmen,
mit hoher Dichtigkeit gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Wärmeübertragerventileinrichtung hat
den Vorteil, dass nur ein Aktuator benötigt wird. Darüber hinaus
weist die erfindungsgemäße Wärmeübertragerventileinrichtung
kostengünstig
herstellbare Bauteile auf, die wenig verschmutzungsanfällig sind.
Der Schließ körper ist
vorzugsweise aus Keramik gebildet und läuft vorzugsweise in einer genauen Passung,
um die Verstellkraft des Aktuators möglichst klein zu halten. Die
Umgebung, welche die Lauffläche
für das
Dichtelement beziehungsweise den Schließkörper darstellt, kann ebenfalls
aus Keramik gebildet sein. Anstelle von Keramik kann auch Edelstahl
eingesetzt werden. Über
den Bereich der Abdichtung der Eintrittsöffnung hat der Schließkörper beispielsweise
eine gerade Form. Der Bereich, der nach Beginn des Verschiebens
im Abgasstrom liegt, weist vorzugsweise eine Gestalt auf, die ein
allmähliches
Zuschalten des Abgasstroms in den entsprechenden Zweig ermöglicht,
beispielsweise die Gestalt einer Kugel, die es ermöglicht,
zunächst
einen hohen Druckverlust zu generieren, der beispielsweise zum Erreichen
einer geringen Rückführrate notwendig
ist.
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Die
Schraubendruckfeder 30 ist vorzugsweise so dimensioniert,
dass der Eintrittsgegendruck durch die Federkraft überwunden
wird und die Ventileinrichtung auch unter diesen Bedingungen dicht schließt. Anstelle
der Schraubendruckfeder kann auch ein Faltenbalg verwendet werden,
der eine vergleichbare Federkennlinie wie die Feder aufweist. Ein
derartiger Faltenbalg weist vorteilhafterweise zur Druckentlastung,
zum Beispiel in der Mitte, eine Öffnung
auf. Um einen konstanten Querschnitt im Fluss zu gewährleisten,
kann es vorteilhaft sein, dass der ringförmige Einlass in den Wärmetauscher
lediglich einen um den Faktor 1,41 größeren Durchmesser als der Eintritt
von der Abgasseite hat, um den Strom zwischen dem Bypass und dem
Kühler
aufzuteilen. Dadurch kann Bauraum eingespart werden.
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In 9 ist
eine Wärmeübertragerventileinrichtung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel im
Längsschnitt
dargestellt. Die in 9 dargestellte Wärmeübertragerventileinrichtung ähnelt der
in 7 dargestellten Wärmeübertragerventileinrichtung.
Zur Bezeichnung gleicher Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung
der 7 verweisen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede
zwischen den beiden Ausführungsbeispielen
eingegangen.
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Bei
dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Dichtelement
ein Faltenbalg 41 verwendet. Der Faltenbalg 41 weist
ein Ende 43 auf, das über
den gesamten Umfang des Faltenbalgs an den Schließkörper 20 angeschweißt ist.
Das andere Ende 45 des Faltenbalgs 41 liegt an
der kreisrunden Eintrittsöffnung 6 an.
Die Verwendung des Faltenbalgs 41 liefert den Vorteil,
dass der an einem Ende offene Faltenbalg 41 innen mit Druck
beaufschlagt ist. Dadurch kann die Federbelastung geringer ausfallen.
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In 10 ist
eine Wärmeübertragerventileinrichtung 51 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
dargestellt. Die Wärmeübertragerventileinrichtung 51 umfasst
ein Gehäuse 52 mit
einem Eingang 54 für
ein Fluid. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um Abgas oder
Ladeluft. Der Eingang 54 wird von einem Eingangsstutzen 55 gebildet,
der im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylindermantels aufweist,
der einstückig
mit dem Gehäuse 52,
das auch als Ventilgehäuse
bezeichnet wird, verbunden ist und eine kreisrunde Eintrittsöffnung 56 umfasst. Der
Eintrittsöffnung 56 gegenüberliegend
ist in dem Ventilgehäuse 52 eine
Ausnehmung 58 ausgespart, deren Funktion später erläutert wird.
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Des
Weiteren weist das Ventilgehäuse 52 eine
Kühleraustrittsöffnung 60 in
einem Kühlerausgang 61 auf,
der mit einem (nicht dargestellten) Kühler in Verbindung steht. Darüber hinaus
weist das Ventilgehäuse 52 einen
Bypassausgang 62 auf, der mit einer (nicht dargestellten)
Bypassleitung in Verbindung steht, über die Fluid an dem Kühler vorbeigeleitet
wird. Der Kühlerausgang 61 wird
von einem Kühleraustrittsstutzen 63 gebildet,
der einstückig
mit dem Ventilgehäuse 52 verbunden
ist. Der Bypassausgang 62 wird von einem Bypassaustrittsstutzen 64 gebildet,
der ebenfalls einstückig
mit dem Ventilgehäuse 52 verbunden
und eine Bypassaustrittsöffnung 65 aufweist.
Die jeweiligen Querschnitte der Leitungen sind gleich groß.
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In
dem Ventilgehäuse 52 ist
ein Ventilschieber 66 hin und her bewegbar geführt. Der
Ventilschieber 66 umfasst eine Ventilschieberstange 68,
an deren einem Ende ein Schließkörper 70 befestigt
ist. Durch die der Eintrittsöffnung 56 gegenüberliegende Ausnehmung 58 in
dem Ventilgehäuse 52 ist
sichergestellt, dass der Schließkörper 70 in
Umfangsrichtung vollständig
von dem in dem Eingang 54 vorhandenen Medium umströmt wird.
Durch einen Doppelpfeil 69 ist die Hin- und Herbewegung
des Schließkörpers 70 angedeutet,
die über
die Ventilschieberstange 68, die auch als Kolbenstange
bezeichnet werden kann, von einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung
auf den Schließkörper 70 übertragen
wird, der auch als Kolben bezeichnet wird. In Abhängigkeit
von der Stellung des Schließkörpers 70 ist der
Eingang 54 mit dem Kühlerausgang 61 oder
dem Bypassausgang 62 verbindbar. In der in 10 dargestellten
Stellung des Schließkörpers 70 besteht keine
Verbindung zwischen dem Eingang 54 und den Ausgängen 61, 62.
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In
den 11 und 12 ist
der Schließkörper 70 in
verschiedenen Ansichten dargestellt. Der Schließkörper 70 umfasst einen
Grundkörper 71,
der die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist. An seinen
Stirnseiten ist der Grundkörper 71 jeweils
mit einer umlaufenden Rundung 73, 74 versehen.
Darüber
hinaus weist der Grundkörper 71 ein
zentrales Durchgangsloch 75 auf. An den Enden des Durchgangslochs 75 ist
jeweils eine Fase 76, 77 vorgesehen.
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In
den 13 und 14 ist
ein Schließkörper 80 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der Schließkörper 80 umfasst
einen Grundkörper 81,
der die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist. Eine Stirnseite
des Grundkörpers 81 ist
mit einer umlaufenden Rundung 83 versehen. Die Rundung 83 weist im
Querschnitt die Gestalt eines Ellipsenbogens auf. In dem Grundkörper 81 ist
ein zentrales Durchgangsloch 85 ausgespart. Die Enden des
Durchgangslochs 85 sind jeweils mit einer Fase 86, 87 versehen.
An dem Ende des Durchgangslochs 85 mit der Fase 87 sind
an der zugehörigen
Stirnseite des Grundkörpers 81 zwei
Vorsprünge 88, 89 ausgebildet,
die sich in axialer Richtung des Grundkörpers 81 erstrecken. Die
Vorsprünge 88, 89 werden
radial innen und radial außen
von Kreisbögen
begrenzt. Der radial äußere Kreisbogen
der Vorsprünge 88, 89 hat
den gleichen Radius wie der Grundkörper 81. Die Vorsprünge 88, 89 dienen
dazu, die Führung
des Schließkörpers 80 in
dem Ventilgehäuse
zu verbessern.
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In
den 15 und 16 ist
ein Schließkörper 90 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der Schließkörper 90 umfasst
einen Grundkörper 91,
der die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist. In dem Grundkörper 91 ist
ein zentrales Durchgangsloch 95 ausgespart, das an den
Enden jeweils eine Fase 96, 97 aufweist. An beiden
Stirnseiten des Grundkörpers 91 sind
jeweils drei Vorsprünge 201, 202, 203; 204, 205 ausgebildet.
Die Vorsprünge 201 bis 205 haben die
gleiche Gestalt wie die Vorsprünge 88, 89 bei dem
in 14 dargestellten Ausführungsbeispiel und dienen ebenfalls
zur besseren Führung
des Schließkörpers 90 in
dem Ventilgehäuse.
Die Vorsprünge 201 bis 203 und 204 bis 205 sind über den Umfang
des Schließkörpers 90 an
dessen Stirnseiten gleichmäßig verteilt
angeordnet.
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Die
unter den gegebenen Betriebsbedingungen eines Abgasrückführsystems
anfallenden Partikel- und Kondensatablagerungen am Ventilschieber der
Wärmeübertragerventileinrichtung
können
die Funktion der Wärmeübertragerventileinrichtung,
die kurz als Ventil bezeichnet wird, beeinflussen. Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der Erfindung wird bei einem mit einem Diesel-Verbrennungsverfahren
betriebenen Kraftfahrzeug vor der Inbetriebnahme des Motors oder
in der Vorglühphase
ein Reinigungsverfahren oder ein Reinigungsmechanismus ausgeführt. Bei
einem nach dem Otto-Verbrennungsverfahren betriebenen
Fahrzeug soll dieses Reinigungsverfahren oder dieser Reinigungsmechanismus
ebenfalls vor in Betriebnahme des Motors erfolgen, zum Beispiel
bei Inbetriebnahme der Kraftstoffpumpe und/oder anderer Nebenaggregate.
Hierbei soll das Stellglied der Wärmeübertragerventileinrichtung,
insbesondere der Ventilschieber mit dem Schließkörper, einmal oder mehrmals
hin und her bewegt werden und dann wieder in die Ausgangslage, in
der das Ventil geschlossen ist, zurückkehren. Durch dieses Verfahren
des Stellglieds werden abgelagerte Partikel beziehungsweise abgelagertes
Kondensat abgeschabt beziehungsweise abgeschält. Dadurch ist im Betrieb
des Fahrzeugs eine einwandfreie Funktion gewährleistet. Der Reinigungsmechanismus
beziehungsweise das Reinigungsverfahren kann beziehungsweise können auch
bei oder nach Abstellen des Motors erfolgen.
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Bei
besonders ausgeführten
Stellgliedern, die eine Bewegung des Stellglieds ohne Öffnung des Ventilsitzes
erlauben, das heißt
ohne eine Gasströmung
zuzulassen, wie zum Beispiel bei einem vorab beschriebenen Ventilschieber,
kann der Reinigungsmechanismus beziehungsweise das Reinigungsverfahren
auch während
des Betriebs des Motors der Gestalt erfolgen, dass bei Motorbetriebsbedingungen,
in denen keine Abgasrückführung erfolgt,
das Stellglied sich so hin und her bewegt beziehungsweise vibriert,
dass das Ventil trotzdem verschlossen bleibt.
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Die
Initiierung des Reinigungsmechanismus erfolgt vorzugsweise der Gestalt,
dass eine mögliche Verschmutzung
durch eine Abweichung eines Sensorsignals der Lagerückmeldung
einer Antriebseinrichtung der Wärmeübertragerventileinrichtung
bei gegebenem elektrischen Ansteuersignal von einem hinterlegten
Sensorsignal bei selbigem Ansteuersignal erkannt wird. Je nach Betriebszustand
des Fahrzeugs wird hierauf einer der beiden vorab beschriebenen
Reinigungsmechanismen beziehungsweise Reinigungsverfahren durchgeführt.
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Bei
beiden Reinigungsmechanismen beziehungsweise Reinigungsverfahren
wird eine wiederholende Auslenkung des Schließkörpers aus der Nulllage oder
Ausgangslage in eine und anschließend über die Nulllage hinaus in
die andere Richtung eine Reinigung erreicht. Der Auslenkungsweg
hängt von
fahrzeugspezifischen Gesichtspunkten, insbesondere der Auslegung
der Abgasrückführung, ab. Je
nach Größe des Schließkörpers beträgt der Auslenkungsweg
nur einen gewissen Prozentsatz der maximal möglichen Auslenkung. Bei dem
erstgenannten Reinigungsmechanismus ist es jedoch wesentlich, dass
der Schließkörper, der
auch als Kolben bezeichnet wird, die eine oder die andere Öffnung zumindest
teilweise frei gibt. Bei dem zweiten vorab beschriebenen Reinigungsverfahren
beziehungsweise Reinigungsmechanismus ist es wesentlich, dass der Ventilkolben
oder Ventilschließkörper die
beiden Öffnungen
stets verschlossen hält.
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Die
Verstellgeschwindigkeit kann beim Reinigen langsamer, schneller
oder gleich schnell sein wie die Verstellgeschwindigkeit des Schließkörpers unter Normalbedingungen.
Entscheidend ist, dass der elektrische Antrieb des Schließkörpers kurzzeitig eine
höhere
Verstellkraft aufbringen kann als unter Normalbedingungen, um durch
die Verschmutzung hervorgerufene, mögliche höhere Reib- beziehungsweise
Widerstandkräfte
zu überwinden.
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In 17 ist
eine Wärmeübertragerventileinrichtung 211 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
dargestellt. Die Wärmeübertragerventileinrichtung 211 umfasst
ein Gehäuse 212 mit
einem Eingang 214 für
ein Fluid. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um Abgas oder
Ladeluft. Der Eingang 214 wird von einem Eingangsstutzen 215 gebildet, der
im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylindermantels aufweist,
der einstückig
mit dem Gehäuse 212,
das auch als Ventilgehäuse
bezeichnet wird, verbunden ist und eine Eintrittsöffnung 216 umfasst. An
der Eintrittsöffnung 216 mündet der
Eingang 214 in einen Ringraum 218.
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Des
Weiteren weist das Ventilgehäuse 212 eine
Kühleraustrittsöffnung 220 in
einem Kühlerausgang 221 auf,
der mit einem (nicht dargestellten) Kühler in Verbindung steht. Darüber hinaus
weist das Ventilgehäuse 212 einen
Bypassausgang 222 auf, der mit einer (nicht dargestellten)
Bypassleitung in Verbindung steht, über die Fluid an dem Kühler vorbeigeleitet
wird. Der Kühlerausgang 221 wird
von einem Kühleraustrittsstutzen 223 gebildet,
der einstückig
mit dem Ventilgehäuse 212 verbunden
ist. Der Bypassausgang 222 wird von einem Bypassaustrittsstutzen 224 gebildet,
der ebenfalls einstückig
mit dem Ventilgehäuse 212 verbunden
und eine Bypassaustrittsöffnung 225 aufweist.
Der Kühlerausgang 221 weist
außen
einen größeren Querschnitt
als der Bypassausgang 222 auf.
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In
dem Ventilgehäuse 212 ist
ein Ventilkolben oder Ventilschieber 226 hin und her bewegbar geführt, wie
durch einen Doppelpfeil 229 angedeutet ist. Der Ventilschieber 226 umfasst
eine Ventilkolbenstange 228, an deren einem Ende ein Schließkörper 230 befestigt
ist. Der Ringraum 218 umgibt den Schließkörper 230. Durch den
Ringraum 218 ist sichergestellt, dass der Schließkörper 230 in
Umfangsrichtung vollständig
von dem in dem Eingang 214 vorhandenen Medium oder Fluid
umströmt
wird. Der Schließkörper 230 ist über die
Ventilschieberstange oder Ventilkolbenstange 228 von einer
(nicht dargestellten) Antriebseinrichtung angetrieben. In Abhängigkeit
von der Stellung des Schließkörpers 230 ist der
Eingang 214 mit dem Kühler ausgang 221 oder dem
Bypassausgang 222 verbunden. In der in 17 dargestellten
Stellung des Schließkörpers 230 besteht
keine Verbindung zwischen dem Eingang 214 und den Ausgängen 221, 222.
Diese Stellung des Schließkörpers 230 wird
auch als Nulllage bezeichnet.
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Der
Schließkörper 230 hat
die Gestalt eines geraden Kreiszylinders, dessen Stirnseiten jeweils mit
einer umlaufenden Rundung versehen. An den Stirnseiten des Schließkörpers 230 sind
jeweils drei Vorsprünge 231, 232; 233, 234 ausgebildet,
die sich in axialer Richtung des Schließkörpers 230 erstrecken
und von denen in 17 nur jeweils zwei Vorsprünge pro
Stirnseite sichtbar sind. Die Vorsprünge 231 bis 234 dienen
dazu, die Führung
des Schließkörpers 230 im
Ventilgehäuse 212 zu
verbessern, wenn der Schließkörper 230 aus
der in 17 dargestellten Nulllage nach
rechts oder links bewegt wird. Darüber hinaus ermöglichen
die Vorsprünge 231 bis 234 den
Durchtritt von Medium oder Fluid vom Eingang 214 zu den
Ausgängen 221, 222,
wenn der Schließkörper 230 nach
rechts oder links bewegt wird.
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Zwischen
der rechten Stirnseite des Schließkörpers 230 und dem
Ventilgehäuse 212 ist
eine Feder 236 eingespannt. Ein Ende der Feder 236 liegt
an der zugehörigen
Stirnseite des Schließkörpers 230 an.
Das andere Ende der Feder 236, die als Schraubendruckfeder
ausgeführt
ist, ist in einer Ausnehmung 237 in dem Gehäuse 212 aufgenommen.
Die andere Stirnseite, das heißt
in 17 die linke Stirnseite, des Schließkörpers 230 ist
durch eine weitere Feder 239 beaufschlagt, die ebenfalls
als Schraubendruckfeder ausgeführt
ist. Die Schraubendruckfeder 239 ist zwischen dem Schließkörper 230 und dem
Ventilgehäuse 212 beziehungsweise
einer Gleitlagerbuchse 250 eingespannt, deren Funktion
im Folgenden noch erläutert
wird. Die Federn 236 und 239 haben die gleiche
Federkennlinie und bewirken eine gleich große aber in entgegengesetzter
Richtung wirkende Vorspannkraft auf den Schließkörper 230. Durch die
Vorspannkräfte
der Federn 236, 239 wird der Schließkörper 230 in
seine in 17 dargestellte Nulllage vorgespannt.
Durch diese Vorspannung in die Nulllage wird eine Fail-Safe-Funktion
gewährleistet.
Wenn zum Beispiel der Antrieb über
den Ventilschieber 226 ausfällt, dann wird durch die von den
Federn 236, 239 bewirkte Vorspannung sichergestellt,
dass der Schließkörper 230 den
Eingang 214 verschließt.
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Das
Ventilgehäuse 212 ist
im Bereich der Ventilkolbenstange oder Ventilschieberstange 228 durch
einen Gehäusedeckel 241 verschlossen.
Zwischen dem Gehäusedeckel 241 und
dem Ventilgehäuse 212 ist
eine Dichtung 242 eingespannt. Der Gehäusedeckel 241 ist
mit Hilfe von Schrauben 243, 244 an dem Ventilgehäuse 212 befestigt.
Außerdem weist
der Gehäusedeckel 241 einen
Lagerstutzen 248 auf, durch den sich die Ventilschieberstange 228 hindurch
erstreckt. Die Ventilschieberstange 228 ist mit Hilfe der
Gleitlagerbuchse 250 in dem Lagerstutzen 248 gelagert.
Die Gleitlagerbuchse 250 ermöglicht es, dass sich die Ventilschieberstange 228 mit dem
Schließkörper 230 in
dem Ventilgehäuse 212 hin und
her bewegt, wie durch den Doppelpfeil 229 angedeutet ist.
Durch einen Dichtring 252, der die Ventilschieberstange 228 am
Ende des Lagerstutzens 248 umgibt, wird der Innenraum des
Gehäuses 212 abgedichtet.
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Der
Schließkörper 230 ist
in zwei Lagerringen 261, 262 aus Keramik in axialer
Richtung verschiebbar gelagert. Der Lagerring 261 ist in
axialer Richtung zwischen einem Absatz 264 und einem Sicherungsring 265,
der als Sprengring ausgeführt
ist, fixiert. Die Lagerringe 261, 262 haben jeweils
einen rechteckigen Querschnitt. Der Sicherungsring 265 hat
ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt. Der Lagerring 262 ist
in axialer Richtung zwischen einem Absatz 267 und einem
Sicherungsring 268 fixiert, der als Sprengring ausgeführt ist
und einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
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In 18 ist
eine Wärmeübertragerventileinrichtung 300 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
dargestellt. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen
wie in den vorherigen Figuren bezeichnet. Insbesondere im Unterschied
zu 17 weist die Wärmeübertragerventileinrichtung 300 zumindest
eine Feder 303 auf, die als Schraubendruckfeder und/oder
Schraubenzugfeder ausgebildet ist. Der Ventilkolben oder die Ventilstange 301 ist
im Wesentlichen wie der Ventilkolben oder die Ventilstange 226 ausgebildet.
Die Wärmeübertragerventileinrichtung 300 umfasst
einen Schließkörper 302,
der im Wesentlichen wie der Schließköper 230 ausgebildet ist.
Auf der Ventilkolbenstange 228 ist zumindest eine Reinigungsman schette
geordnet zur Reinigungs- und/oder Schmierung der Kolbenstange 228.
Das Gehäuse 212 ist
insbesondere als Gussgehäuse ausgebildet.
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10, 17 und 18
Der
Ventilschieber 66, 226, 301 ist als Vollkörper oder zumindest
bereichsweise als Hohlkörper
ausgebildet.
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In
den 1–18 sind
bei einer anderen Ausführungsform
die Wärmeübertragerventileinrichtung,
insbesondere das Gehäuse 2, 52, 212 und/oder der
Ventilschieber 16, 66, 226 und/oder insbesondere
der Schließköper aus
einem Metall und/oder aus einem Sintermaterial wie beispielsweise
Keramik und/oder Magnesium und/oder Aluminium und/oder Stahl, wie
beispielsweise Edelstahl, und/oder aus einem Kunststoff, insbesondere
einem Kunststoff, dessen Schmelztemperatur höher ist als die Temperatur des
zu kühlenden
Mediums, insbesondere des Abgases, der Ladeluft, des Öls usw.
und/oder aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet.
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Das
zumindest eine Gehäuse 2, 52, 212 ist beispielsweise
aus zumindest einem Blech ausgebildet und weist ein Material, insbesondere
Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, Kunststoff, Keramik oder
einen Faserverbundwerkstoff oder Stahl auf, dessen Schmelztemperatur über, insbesondere
deutlich über,
der Temperatur des zu kühlenden
Mediums wie Abgas, Ladeluft, Öl,
Kühlmittel
usw. liegt. Das zumindest eine Gehäuse 2, 52, 212 ist
mit zumindest einem Kühlmittelkanal,
insbesondere mit zwei, drei oder mehr als drei Kühlmittelkanälen versehen, in denen Kühlmittel
wie ein wasserhaltiges Fluid und/oder ein Gas wie Luft oder CO2
strömt
und das zumindest eine Gehäuse 2,52, 212 besonders
vorteilhaft kühlt, insbesondere
unter die Schmelztemperatur des Materials, insbesondere Aluminium
oder Aluminiumlegierung, Kunststoff, Magnesium, Keramik oder Faserverbundwerkstoff
oder Stahl, kühlt,
so dass die Festigkeitseigenschaften wie Steifigkeit, Zug- und/oder Druckfestigkeit,
Dauerfestigkeit, Wechselfestigkeit des zumindest einen Gehäuse 2, 52, 212 nicht
durch die Temperatur des ungekühlenden
Mediums wie Abgas, Ladeluft, Öl,
Kühlmittel
verschlechtert werden.
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Das
Gehäuse 2, 52, 212 wird
dabei mittels eines urformenden Fertigungsverfahrens, wie Gießen, Spritzgießen usw.
und/oder mittels eines umformenden Fertigungsverfahrens, wie beispielsweise Biegen,
Pressen, Stanzen und/oder mittels stoffschlüssigen Verbindens, wie Schweißen, Löten, Kleben
usw. hergestellt.
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Der
Schließkörper, insbesondere
der Kolben, weist einen nicht näher
bezeichneten Kolbendurchmesser auf. Ferner weist der Führungsabschnitt
zur Führung
des Schließkörpers, insbesondere
des Kolbens, einen Führungsabschnittsdurchmesser
der Führungsöffnung auf.
Die doppelte Spaltbreite ergibt sich bei der Subtraktion des Kolbendurchmessers
vom Führungsabschnittsdurchmesser.
Die Spaltbreite nimmt insbesondere Werte zwischen 10γm bis 55 γm, insbesondere
zwischen 15 γm
bis 50 γm,
insbesondere zwischen 20 γm
bis 40 γm,
insbesondere 30 γm
bis 35 γm
an. Die zumindest eine Schraubendruck- und/oder Schraubenzugfeder 236, 239, 303,
insbesondere die zwei oder mehr als zwei Schraubendruck- und/oder
Schraubenzugfedern 236, 239, 303, schließen das
Ventil im stromlosen Zustand.
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Die
zumindest eine Schraubendruck- und/oder Schraubenzugfeder 236, 239, 303,
insbesondere die zwei oder mehr als zwei Schraubendruck- und/oder
Schraubenzugfedern 236, 239, 303, sind
im Gausraum oder außerhalb
des Gasraums angeordnet. Die zumindest eine Schraubendruck- und/oder
Schraubenzugfeder 236, 239, 303, insbesondere
die zwei oder mehr als zwei Schraubendruck- und/oder Schraubenzugfedern 236, 239, 303, sind
in einer anderen Ausführungsform
in der Antriebseinheit angeordnet.
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Der
zumindest eine Ventilschieber 226 ist in der geschlossenen
Stellung druckentlastet, auf diese Weise ist eine geringere Kraft
zur Betätigung
des Ventilschiebers erforderlich als aus dem Stand der Technik bekannt.
Insbesondere kann die Größe der Antriebseinheit
reduziert werden und auf diese Weise Bauraum vorteilhaft eingespart
werden. Als Antriebseinheit wird zumindest eine Unterdruckdose die
geregelt und in einer anderen Ausführungsform ungeregelt ist und/oder
zumindest ein DC-Motor und/oder zumindest ein Linearantrieb, insbesondere
zumindest ein Lineardirektantrieb und oder zumindest ein Hubmagnet
verwendet.
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Die
Wärmeübertragerventileinrichtung 11, 121, 131, 141, 151, 161, 211, 300 ist
zumindest ein Kombiventil, so dass insbesondere die Abgasrückführung (Abgasrückführfunktion)
von rückgeführtem, gekühltem oder
zu kühlendem
Medium wie Abgas, Ladeluft, Kühlmittel, Öl usw. und
ein Bypassen (Bypassfunktion) von Medium wie Abgas, Ladeluft, Kühlmittel, Öl usw. um
den zu mindest einen Kühler
herum, so dass das Medium wie Abgas, Ladeluft, Kühlmittel, Öl usw. nicht gekühlt wird
mit der Wärmeübertragerventileinrichtung 11, 121, 131, 141, 151, 161, 211, 300 gesteuert
und/oder geregelt wird.
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Die
Wärmeübertragerventileinrichtung 11, 121, 131, 141, 151, 161, 211, 300 ist
in einer anderen Ausführungsform
nur ein Abgasrückführventil,
so dass insbesondere die Abgasrückführung (Abgasrückführfunktion)
von rückgeführtem, gekühltem oder zu
kühlendem
Medium wie Abgas, Ladeluft, Kühlmittel, Öl usw. gesteuert
und/oder geregelt wird. Die Wärmeübertragerventileinrichtung 11, 121, 131, 141, 151, 161, 211, 300 ist
in der geschlossenen Stellung druckentlastet.
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Die
Wärmeübertragerventileinrichtung 11, 121, 131, 141, 151, 161, 211, 300 ist
in einer anderen Ausführungsform
nur ein Bypassventil (Bypassfunktion). Rückgeführtes, gekühltes oder zu kühlendes Medium
wie Abgas, Ladeluft, Kühlmittel, Öl usw. wird um
den zumindest einen Kühler
herum bygepasst, so dass das Medium wie Abgas, Ladeluft, Kühlmittel, Öl usw. nicht
gekühlt
wird. Mit der Wärmeübertragerventileinrichtung 11, 121, 131, 141, 151, 161, 211, 300 wird
besonders vorteilhaft die Leckage verringert. Beim Stand der Technik
fließt
nämlich
eine Leckagestrom an Medium wie Abgas, Ladeluft, Kühlmittel, Öl beim Bypassen
(Bypassfunktion) aufgrund der schlechten Abdichtung durch den Kühler oder
bei der Kühlfunktion
durch den Bypass. Dieser Leckagestrom wird bei der Verwendung der
Wärmeübertragerventileinrichtung 11, 121, 131, 141, 151, 161, 211, 300 als
Bypassventil besonderes vorteilhaft verringert, so dass der Leckagestrom
nur 0,5% bis 10%, insbesondere 0,5% bis 7%, insbesondere 0,5% bis 5%,
insbesondere 0,5% bis 3%, insbesondere 0,5% bis 2% des in die Wärmeübertragerventileinrichtung 11, 121, 131, 141, 151, 161, 211, 300 einströmenden Mediums
wie Abgas, Ladeluft, Kühlmittel, Öl usw. beträgt.