DE102006034886A1

DE102006034886A1 - Fluidstromregelungseinrichtung

Info

Publication number: DE102006034886A1
Application number: DE102006034886A
Authority: DE
Inventors: Waldemar Dipl.-Ing. Friesenhahn; Ulrich Dr.-Ing. Maucher; Predrag Panic
Original assignee: Behr GmbH and Co KG; Behr Thermot Tronik GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2008-01-31
Also published as: EP2047093A1; WO2008011973A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidstromregelungseinrichtung zum Regeln eines Fluidstroms, insbesondere eines Abgasstroms, der in Abhängigkeit von der Stellung einer Bypassklappe (6) durch einen Wärmeübertrager (11, 14), insbesondere einen Abgaskühler, oder durch einen Bypass (12) strömt. Um die Regelung von größeren Fluidströmen zu ermöglichen, ist die Bypassklappe (6) mit einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten Aktoreinrichtung (21) gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidstromregelungseinrichtung zum Regeln eines Fluidstroms, insbesondere eines Abgasstroms, der in Abhängigkeit von der Stellung einer Bypassklappe durch einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaskühler, oder durch einen Bypass strömt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Fluidstromregelungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welche die Regelung von größeren Fluidströmen ermöglicht als herkömmliche Fluidstromregelungseinrichtungen.
Die Aufgabe ist bei einer Fluidstromregelungseinrichtung zum Regeln eines Fluidstroms, insbesondere eines Abgasstroms, der in Abhängigkeit von der Stellung einer Bypassklappe durch einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaskühler, oder durch einen Bypass strömt, dadurch gelöst, dass die Bypassklappe mit einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten Aktoreinrichtung gekoppelt ist. Durch die hydraulische oder pneumatisch betätigte Aktoreinrichtung können relativ große Betätigungskräfte auf die Bypassklappe aufgebracht werden. Das liefert den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Fluidstromregelungseinrichtung auch in Nutzkraftfahrzeugen einsetzbar ist, in denen deutlich größere Kräfte oder Drehmomente erforderlich sind, um die Bypassklappe zu betätigen, als bei Personenkraftwagen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidstromregelungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung einen hydraulisch oder pneumatisch betätigten Zylinder umfasst, in dem ein Kolben hin und her bewegbar aufgenommen ist, der mit der Bypassklappe gekoppelt ist. Sowohl bei hydraulischer als auch bei pneumatischer Betätigung kann eine erheblich kleinere Baugröße als bei einer Betätigung durch Unterdruck erreicht werden, da deutlich größere Druckdifferenzen genutzt werden können als bei der Nutzung von Unterdruck.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidstromregelungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung, insbesondere der Zylinder, unter Zwischenschaltung einer Ventileinrichtung an eine hydraulische oder pneumatische Druckquelle angeschlossen ist. Die Ventileinrichtung muss nicht notwendigerweise in unmittelbarer Nähe der Aktoreinrichtung angeordnet sein, sondern kann an einem anderen, geeigneten Ort untergebracht sein, an dem beispielsweise geringere Temperaturen oder mechanische Belastungen vorliegen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidstromregelungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung eine Durchgangsstellung aufweist, in der eine Verbindung zwischen der Druckquelle und der Aktoreinrichtung, insbesondere dem Zylinder, freigegeben ist. Wenn sich die Ventileinrichtung in der Durchgangsstellung befindet, die auch als geöffnete Ventilstellung bezeichnet wird, dann wird die Bypassklappe durch die Aktoreinrichtung betätigt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidstromregelungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung eine geschlossene Stellung aufweist, in der eine Verbindung zwischen der Aktoreinrichtung und einer Drucksenke freigegeben ist. Bei der Drucksenke handelt es sich zum Beispiel um die Umgebung oder eine Eingangsseite einer Pumpe. Wenn sich die Ventileinrichtung in der geschlossenen Stellung befindet, dann wird die Aktoreinrichtung nicht mit Überdruck beaufschlagt, sondern druckentlastet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidstromregelungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassklappe in eine Stellung vorgespannt ist, in welcher der Fluidstrom, insbesondere der Abgasstrom, durch den Wärmeübertrager, insbesondere den Abgaskühler, strömt. Die Bypassklappe ist vorzugsweise durch eine Federeinrichtung vorgespannt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidstromregelungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung, insbesondere der Zylinder, an eine Druckluftquelle eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Bei der Druckluftquelle handelt es sich zum Beispiel um den Druckkreislauf des Kraftfahrzeugs. Die Aktoreinrichtung kann aber auch an einen Ladeluftkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Fluidstromregelungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung, insbesondere der Zylinder, an eine Ölquelle eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Bei der Ölquelle handelt es sich zum Beispiel um den Ölkreislauf des Kraftfahrzeugs. Die Aktoreinrichtung kann aber auch an einen Getriebeölkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Fluidstromregelungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einer hydraulischen Aktoreinrichtung;
2 eine ähnliche Darstellung wie in 1 mit einer pneumatischen Aktoreinrichtung und
3 eine ähnliche Darstellung wie in 2 mit einer speziellen Bypassklappe.
In 1 ist eine Fluidstromregelungseinrichtung 1 mit einem Klappengehäuse 4 dargestellt, das einen Eingang 5 aufweist. Durch den Eingang 5 wird die Fluidstromregelungseinrichtung 1 mit rückgeführtem Abgas versorgt. Der rückgeführte Abgasstrom ist durch einen Pfeil 3 angedeutet. In dem Klappengehäuse 4 ist eine Bypassklappe 6 schwenkbar gelagert, wie durch einen Doppelpfeil 7 angedeutet ist.
In Abhängigkeit von der Stellung der Bypassklappe 6 gelangt der rückgeführte Abgasstrom 3 in einen gekühlten Strömungspfad 11 oder in einen ungekühlten Bypassströmungspfad 12. In dem gekühlten Strömungspfad 11 ist ein Wärmetauscher 14, insbesondere ein Abgaskühler, angeordnet, der zur Kühlung des Abgasstroms dient. In der in 1 dargestellten Stellung der Bypassklappe 6 gelangt der gesamte Abgasstrom 3 in den Bypassströmungspfad 12.
Die Bypassklappe 6 ist über einen Stellhebel 16 betätigbar, der außerhalb des Klappengehäuses 4 angeordnet ist. An das freie Ende des Stellhebels 16 ist ein Ende einer Kolbenstange 18 angelenkt. Das andere Ende der Kolbenstange 18 ist an einem Kolben 19 befestigt, der in einem Zylinder 20 hin und her bewegbar geführt ist. Bei dem Zylinder 20 handelt es sich um einen Hydraulikzylinder, der zu einer hydraulischen Aktoreinrichtung 21 gehört. Der Hydraulikzylinder 20 ist über eine Hydraulikleitung 24 mit einer hydraulischen Ventileinrichtung 25 verbunden. Die Ventileinrichtung 25 ist über eine Hydraulikleitung 28 an die Druckseite einer Hydraulikpumpe 30 angeschlossen. Des Weiteren ist die Ventileinrichtung 25 über eine weitere Hydraulikleitung 32 an die Saugseite der Hydraulikpumpe 30 angeschlossen. Bei der Hydraulikpumpe 30 handelt es sich vorzugsweise um die Ölpumpe eines Kraftfahrzeugs. Durch einen Pfeil 33, der von der Pumpe 30 weg gerichtet ist, ist die Ölversorgung zu dem Motor eines Kraftfahrzeugs angedeutet. Durch einen Pfeil 34, der zu der Pumpe 30 hin gerichtet ist, ist ein Ölablauf vom Motor des Kraftfahrzeugs angedeutet.
Wenn sich die Ventileinrichtung 25 in einer Durchgangsstellung befindet, dann wird der Hydraulikzylinder 20 über die Hydraulikleitung 28 und 24 von der Hydraulikpumpe 30 mit Hydrauliköl versorgt. Wenn die Ventileinrichtung 25 aus ihrer Durchgangsstellung, die auch als geöffnete Stellung bezeichnet wird, in ihre geschlossene Stellung gebracht wird, dann wird der Hydraulikzylinder 20 über die Hydraulikleitung 24 und die Hydraulikleitung 32 drucklos geschaltet. Sobald kein Überdruck mehr in dem Hydraulikzylinder 20 herrscht, wird der Kolben 19 durch eine Rückstellfeder 35, die in dem Zylinder 20 gegen den Kolben 19 vorgespannt ist, in 1 nach rechts bewegt, so dass sich die Bypassklappe 6 aus der in 1 dargestellten Stellung in eine (nicht dargestellte) Stellung bewegt, in der der Bypassströmungspfad 12 verschlossen und der gekühlte Strömungspfad 11 geöffnet ist. Durch die Federkraft der Rückstellfeder 35 ist die Bypassklappe 6 in ihrer Stellung für Abgaskühlung vorgespannt. Dadurch wird eine so genannte Fail-Save-Funktion gewährleistet. Bei Leckagen an der Aktoreinrichtung 21, die auch als Aktuatoreinrichtung bezeichnet wird, an der Ventileinrichtung 25 oder an den Hydraulikleitungen wird die Bypassklappe 6 sicher und definiert so an einem zugehörigen Anschlag gehalten, dass keine Beschädigungen durch Schwingungen auftreten können, was bei einer undefinierten Zwischenstellung der Fall sein könnte.
Für die in 1 schematisch dargestellte hydraulische Betätigung ist Motoröl besonders geeignet, da dieses in der Regel schon in der Nähe des Abgaskühlers und somit auch des Aktuators für die Bypassklappe zur Verfügung steht. Je nach Anordnung der verschiedenen Komponenten kann insbesondere die Ölentnahme am Ölpumpenaustritt, und zwar vor oder nach dem Ölfilter, oder an einem Turbolader sinnvoll sein, wo hohe Öldrücke vorliegen, die kleine Aktuatorquerschnitte erlauben, aber auch an jeder anderen Stelle des Kreislaufs. Die Rückführung des Öls aus dem Aktuator kann an beliebigen Stellen in den Motorblock oder direkt zum Pumpeneintritt erfolgen. Es kann aber auch Öl aus anderen Ölkreisläufen verwendet werden, zum Beispiel Getriebeöl. Die hydraulische Betätigung ist in Fällen besonders geeignet, in denen das Ventil in großem Abstand zum Aktuator angeordnet ist, da wegen der inkompressiblen Eigenschaft des Öls keine hohen Volumenströme zum Druckausgleich in der Verbindungsleitung erforderlich sind.
In 2 ist eine Fluidstromregelungseinrichtung 41 schematisch dargestellt, die der Fluidstromregelungseinrichtung 1 aus 1 ähnelt. Zur Be zeichnung gleicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der 1 verwiesen. Im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen.
Bei der in 2 dargestellten Fluidstromregelungseinrichtung 41 handelt es sich bei dem Zylinder 20 um einen Pneumatikzylinder, der über eine Pneumatikleitung 44 mit einer Pneumatikventileinrichtung 45 verbunden ist. Die Pneumatikventileinrichtung 45 ist über eine Druckluftversorgungsleitung 48 an den Druckluftkreislauf eines Kraftfahrzeugs angeschlossen. Bei der Pneumatikventileinrichtung 45 handelt es sich um ein Entlüftungsventil, das in die Umgebung abbläst. Die Ventileinrichtung 45 weist eine Durchgangsstellung auf, in der eine Druckluftverbindung über die Pneumatikleitung 48 und 44 freigegeben ist, so dass die Bypassklappe 6 in die in 2 dargestellte Stellung bewegt wird. In der geschlossenen Stellung der Ventileinrichtung 45 wird ein Austritt für die Luft aus dem Zylinder 20 in die Umgebung geöffnet, so dass in dem Pneumatikzylinder 20 kein Überdruck mehr anliegt und die Bypassklappe 6, zum Beispiel durch Federkraft, in ihre Ausgangslage zurückgestellt wird.
Die Fluidstromregelungseinrichtung 41 mit dem Pneumatikzylinder 20 hat den Vorteil, dass von der Druckluftversorgung zur Ventileinrichtung 45 sowie von der Ventileinrichtung 45 zu der Aktuatoreinrichtung 21 jeweils nur eine Pneumatikleitung 48, 44 erforderlich ist. Das wird dadurch erreicht, dass beim Schließen der Ventileinrichtung 45 die Luft aus dem Pneumatikzylinder 20 in die Umgebung abgeblasen wird.
In 3 ist eine Fluidstromregelungseinrichtung 71 dargestellt, die der Fluidstromregelungseinrichtung 41 aus 2 ähnelt. Zur Bezeichnung gleicher Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der 2 verwiesen. Im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsbeispielen eingegangen.
Bei der in 3 dargestellten Fluidstromregelungseinrichtung 61 wird im Unterschied zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine spezielle Bypassklappe 66 verwendet, die auch als Butterflyklappe bezeichnet wird. Die Bypassklappe 66 ist über den Stellhebel 16 betätigbar, der mechanisch mit der Kolbenstange 18 gekoppelt ist.

Claims

Fluidstromregelungseinrichtung zum Regeln eines Fluidstroms, insbesondere eines Abgasstroms, der in Abhängigkeit von der Stellung einer Bypassklappe (6; 66) durch einen Wärmeübertrager (11, 14), insbesondere einen Abgaskühler, oder durch einen Bypass (12) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassklappe (6; 66) mit einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten Aktoreinrichtung (21) gekoppelt ist.
Fluidstromregelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (21) einen hydraulisch oder pneumatisch betätigten Zylinder (20) umfasst, in dem ein Kolben (19) hin und her bewegbar aufgenommen ist, der mit der Bypassklappe (6; 66) gekoppelt ist.
Fluidstromregelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (21), insbesondere der Zylinder (20), unter Zwischenschaltung einer Ventileinrichtung (25; 45) an eine hydraulische oder pneumatische Druckquelle angeschlossen ist.
Fluidstromregelungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (25; 45) eine Durchgangsstellung aufweist, in der eine Verbindung zwischen der Druckquelle und der Aktoreinrichtung (21), insbesondere dem Zylinder (20), freigegeben ist.
Fluidstromregelungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (25; 45) eine geschlossene Stellung aufweist, in der eine Verbindung zwischen der Aktoreinrichtung (21) und einer Drucksenke freigegeben ist.
Fluidstromregelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassklappe (6; 66) in eine Stellung vorgespannt ist, in welcher der Fluidstrom, insbesondere der Abgasstrom, durch den Wärmeübertrager (11, 14), insbesondere den Abgaskühler, strömt.
Fluidstromregelungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (21), insbesondere der Zylinder (20), an eine Druckluftquelle eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.
Fluidstromregelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (21), insbesondere der Zylinder (20), an eine Ölquelle eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.