DE102008005400A1 - Wärmeübertragerventileinrichtung - Google Patents

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Hans-Peter Klein
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragerventileinrichtung zum Regeln eines Fluidstroms, insbesondere eines Abgas- oder Ladeluftstroms, mit einem Ventilgehäuse (2), das einen Eingang (4) für den Fluidstrom und einen Wärmeübertragerausgang (11) aufweist, durch den einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Kühler, in Abhängigkeit von der Stellung eines Ventilkörpers ein mehr oder weniger großer Fluidstrom zugeführt wird. Um eine verbesserte Wärmeübertragerventileinrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist, weist das Ventilgehäuse (2) einen weiteren Ausgang, insbesondere einen Bypassausgang (12), auf, durch den in Abhängigkeit von der Stellung eines Stellglieds (16), das eine Längsachse aufweist und parallel zu seiner Längsachse hin- und herbewegbar in dem Verntilgehäuse (2) angeordnet ist, ein mehr oder weniger großer Fluidstrom an dem Wärmeübertrager vorbeigeleitet wird.

Description

  • 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.
  • 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.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Wärmeübertragerventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
  • 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 Ausgang, insbesondere einen Bypassausgang, aufweist, durch den in Abhängigkeit von der Stellung eines Stellglieds, das eine Längsachse aufweist und parallel zu seiner Längsachse 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.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied 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 das Stellglied kann auch bei hohen Drücken eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Stellglieds der weitere Ausgang und der Wärmeübertragerausgang geschlossen sind.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Stellglieds der weitere Ausgang und der Wärmeübertragerausgang teilweise geöffnet sind.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Stellglieds der weitere Ausgang und der Wärmeübertragerausgang geöffnet sind.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Stellglieds der weitere Ausgang insbesondere teilweise geöffnet und der Wärmeübertragerausgang geschlossen ist.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Stellglieds der Wärmeübertrageausgang insbesondere teilweise geöffnet und der weitere Ausgang geschlossen ist.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied einen im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Schließkörper umfasst. Der Schließkörper ist in einer Ausnehmung des Ventilgehäuses hin und her bewegbar aufgenommen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied zwischen zwei Federelementen in eine Nulllage vorgespannt ist, in welcher der Eingang verschlossen ist. Wenn sich das Stellglied 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.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied durch eine symmetrisch vorgespannte Feder in der Nulllage gehalten wird, in welcher der Eingang verschlossen ist.
  • 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.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied teilweise aus Keramik gebildet ist. Anstelle von Keramik kann auch Edelstahl verwendet werden. Das Stellglied kann teilweise oder vollständig aus Edelstahl gebildet sein.
  • 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.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied mit einem Dichtelement für den Eingang ausgestattet ist. Vorzugsweise ist der Eingang mit einem Dichtsitz für das Dichtelement ausgestattet.
  • 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 Stellglieds erleichtert.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement an dem Stellglied hin und her bewegbar geführt ist. Dadurch wird das Verschließen des Eingangs mit dem Dichtelement, das auch als Schließelement bezeichnet wird, vereinfacht.
  • 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.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmeübertragerventileinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied einen Druckausgleichskanal aufweist. Dadurch wird das Verschieben des Ventilschiebers in dem Ventilgehäuse erleichtert.
  • Bei einem Verfahren zum Reinigen einer vorab beschriebenen Wärmeübertragerventileinrichtung ist die vorab angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass das Stellglied aus einer Nulllage längs zu seiner Längsachse in die eine und/oder in die andere Richtung bewegt wird. Vorzugsweise hat das Stellglied im Wesentlichen die Gestalt eines Kreiszylinders. Vorzugsweise entspricht die Zylinderachse der Längsachse des Stellglieds. Das Stellglied kann aber auch eine andere Gestalt mit einer Längsachse aufweisen. Dabei entspricht die Längsachse der Richtung der Längsausdehnung des Stellglieds.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführleitung der Wärmeübertragerventileinrichtung während des Reinigungsvorgangs in der Nulllage verschlossen ist. Vorzugsweise ist die Abgasrückführleitung an ein Gehäuse der Wärmeübertragerventileinrichtung angeschlossen. Die Abgasrückführleitung kann aber auch, zumindest teilweise, einstückig mit dem Gehäuse der Wärmeübertragerventileinrichtung ausgeführt sein.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung oder zwei Abgasrückführleitungen der Wärmeübertragerventileinrichtung während des Reinigungsvorgangs verschlossen bleibt bzw. bleiben. Dabei wird das Stellglied aus seiner Nulllage nur begrenzt hin und her bewegt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied aus einer Ausgangslage längs zu seiner Längsachse in die eine und/oder in die andere Richtung bewegt wird. Durch das Bewegen des Stellglieds werden abgelagerte Partikel beziehungsweise abgelagertes Kondensat abgeschabt beziehungsweise abgeschält.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführleitung der Wärmeübertragerventileinrichtung während des Reinigungsvorgangs zu einem Wärmeübertrager und/oder zu einem Bypass bzw. dem weiteren Ausgang hin geöffnet wird. Dabei führt das Stellglied größere Bewegungen aus, als wenn die Abgasrückführleitung verschlossen bleibt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied um seine Längsachse in Drehung versetzt wird. Es ist möglich, die Reinigung nur durch eine Drehbewegung des Stellglieds zu realisieren. Vorzugsweise wird die Drehbewegung jedoch mit einer Längsbewegung kombiniert.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung alternierend in die eine oder andere Richtung erfolgt. Es ist möglich, den Drehwinkel beim Reinigen zu variieren.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung nur in eine Richtung erfolgt. Dadurch wird der Antrieb vereinfacht.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbewegung des Stellglieds mit der Drehbewegung des Stellglieds kombiniert wird. Dadurch kann eine besonders effektive Reinigung ermöglicht werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied bei der Längsbewegung, insbesondere mehrmals wiederholt, einen maximal möglichen Hub oder einen Prozentsatz des maximal möglichen Hubs in die eine Richtung ausführt und in seine Ausgangslage zurückkehrt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied bei der Längsbewegung, insbesondere mehrmals wiederholt, einen maximal möglichen Hub oder einen Prozentsatz des maximal möglichen Hubs in die andere Richtung ausführt und in seine Ausgangslage zurückkehrt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied bei der Längsbewegung, insbesondere mehrmals wiederholt, einen maximal möglichen Hub oder einen Prozentsatz des maximal möglichen Hubs in beide Richtungen ausführt und in seine Ausgangslage zurückkehrt. Die Größe bzw. der Prozentsatz des Hubs kann beim Reinigen variiert werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellgeschwindigkeit beim Reinigen langsamer, schneller oder gleichschnell wie die Verstellgeschwindigkeit unter Normalbe dingungen ist. Die Verstellgeschwindigkeit kann beim Reinigen auch variiert werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Antrieb der Wärmeübertragerventileinrichtung kurzzeitig eine höhere Verstellkraft aufgebracht wird als unter Normalbedingungen. Dadurch können durch Verschmutzung hervorgerufene, mögliche höhere Reib- beziehungsweise Widerstandskräfte überwunden werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung bei folgenden Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine erfolgt: Bei einem Diesel-Verbrennungsverfahren vor Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine oder in der Vorglühphase; bei einem Otto-Verbrennungsverfahren und/oder einem Diesel-Verbrennungsverfahren vor Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, zum Beispiel bei Inbetriebnahme einer Kraftstoffpumpe und/oder anderer Nebenaggregate; bei/nach Abstellen der Brennkraftmaschine; während des Betriebs der Brennkraftmaschine, wobei sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt befindet, bei dem keine Abgasrückführung stattfindet.
  • Dies ist insbesondere bei besonders ausgeführten Stellgliedern von Abgasrückführventilen, die eine Bewegung des Stellglieds ohne Öffnung des Ventilsitzes erlauben, wie zum Beispiel einem Kolbenschieber, möglich. Hierfür ist insbesondere der vorab beschriebene Reinigungsmechanismus geeignet, bei dem sich das Stellglied so bewegt, dass das Ventil trotzdem verschlossen bleibt. Darüber hinaus kann die Reinigung während des Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgen, wobei sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt befindet, bei dem Abgasrückführung stattfindet. Dies ist insbesondere bei besonders ausgeführten Stellgliedern von Abgasrückführventilen möglich, die eine Drehbewegung des Stellglieds erlauben, wie zum Beispiel einem Kolbenschieber.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Initiierung des Reinigungsmechanismus dergestalt erfolgt, dass eine Reinigung in vorher festgelegten Intervallen stattfindet. Die Intervalle können zeitlicher Natur sein oder von der Betriebszeit des Motors oder vom Kilometerstand des Fahrzeugs abhängen. Die Reinigung kann auch bei jedem Anfahren und Abstellen der Brennkraftmaschine stattfinden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Reinigung durchgeführt, wenn die Abweichung eines Sensorsignals einer Lagerückmeldung des Antriebs der Wärmeübertragerventileinrichtung (IST-Position) bei einem gegebenen elektrischen Ansteuersignal (SOLL-Position) größer als zum Beispiel 3 Prozent ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine mögliche Verschmutzung durch eine Abweichung eines Sensorsignals der Lagerückmeldung des Antriebs der Wärmeübertragerventileinrichtung bei einem gegebenen elektrischen Ansteuersignal von einem hinterlegten (unverschmutztem) Sensorsignal bei selbigem Ansteuersignal erkannt und eine Reinigung initiiert. Die Reinigung kann auch durch eine Kombination der vorab beschriebenen Mechanismen initiiert werden.
  • Das vorab beschriebene erfindungsgemäße Reinigungsverfahren hat unter anderem den Vorteil, dass es keinen Einfluss auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs hat, wenn der Reinigungsmechanismus vor dem Anlassen beziehungsweise nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgt, oder wenn der Reinigungsmechanismus während des Betriebs aber ohne ein Öffnen der Wärmeübertragerventileinrichtung erfolgt.
  • Ein weiteres 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 erfassten Sensorsignals der Lagerückmeldung einer Antriebseinrichtung des Ventilschiebers erfasst.
  • 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.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Abgasrückführsystem an oder 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung stoffschlüssig mit der Abgaskühleinrichtung verbunden ist. Alternativ kann die Wärmeübertragerventileinrichtung mechanisch, z. B. durch Schrauben, Formschluss etc., mit der Abgaskühleinrichtung verbunden sein.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung einen Bypass als weiteren Ausgang aufweist. Der Bypass dient dazu, zum Beispiel bei einem Kaltstart des Motors, das rückgeführte Abgas ungekühlt an der Abgaskühleinrichtung vorbeizuleiten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Abgasrückführsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführsystem von einem Hochdruck-Abgasrückführsystem gebildet wird. Das Hochdruck-Abgasrückführ system kann mit einer einstufigen oder mit einer zweistufigen Abkühlung ausgestattet sein.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung betrifft auch einen Wärmeübertrager, insbesondere einen Abgaswärmeübertrager, mit einer vorab beschriebenen Wärmeübertragerventileinrichtung.
  • 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:
  • 1 ein Hochdruck-Abgasrückführsystem mit einer einstufigen Abkühlung, die einen Bypass umfasst;
  • 2 ein Hochdruck-Abgasrückführsystem mit einer einstufigen Abkühlung mit einem U-Flow-Kühler;
  • 3 ein Hochdruck-Abgasrückführsystem mit einer zweistufigen Abkühlung;
  • 4 ein Niederdruck-Abgasrückführsystem mit einer einstufigen Abkühlung, die einen Bypass umfasst;
  • 5 ein Niederdruck-Abgasrückführsystem mit einer einstufigen Abkühlung mit einem U-Flow-Kühler;
  • 6 ein Niederdruck-Abgasrückführsystem mit einer zweistufigen Abkühlung;
  • 7 eine erfindungsgemäße Wärmeübertragerventileinrichtung im Längsschnitt;
  • 8 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie II-II in 1;
  • 9 eine Wärmeübertragerventileinrichtung gemäß einem werteren Ausführungsbeispiel im Längsschnitt;
  • 10 eine Wärmeübertragerventileinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Ventilschieber;
  • 11 einen Schließkörper des Ventilschiebers der Wärmeübertragerventileinrichtung aus 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 12 eine Seitenansicht des Schließkörpers aus 11;
  • 13 einen ähnlichen Schließkörper wie in 11 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
  • 14 eine Seitenansicht des Schließkörpers aus 13;
  • 15 einen ähnlichen Schließkörper wie in den 11 und 13 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
  • 16 eine Seitenansicht des Schließkörpers aus 15,
  • 17 eine Wärmeübertragerventileinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Ventilschieber und
  • 18 eine Wärmeübertragerventileinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Längsschnitt durch den Ventilschieber.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Schließkörper 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 er möglicht, beispielsweise die Gestalt einer Kugel, die es ermöglicht, zunächst einen hohen Druckverlust zu generieren, der beispielsweise zum Erreichen einer geringen Rückführrate notwendig ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Verstellgeschwindigkeit kann beim Reinigen langsamer, schneller oder gleichschnell 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Kühlerausgang 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Reinigungsmanschette geordnet zur Reinigungs- und/oder Schmierung der Kolbenstange 228. Das Gehäuse 212 ist insbesondere als Gussgehäuse ausgebildet.
  • 10, 17 und 18
  • Der Ventilschieber 66, 226, 301 ist als Vollkörper oder zumindest bereichsweise als Hohlkörper ausgebildet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 er gibt sich bei der Subtraktion des Kolbendurchmessers vom Führungsabschnittsdurchmesser.
  • Die folgenden Werte sind in Mikrometern angegeben:
    Die Spaltbreite nimmt insbesondere Werte zwischen 10 μm bis 55 μm, insbesondere zwischen 15 μm bis 50 μm, insbesondere zwischen 20 μm bis 40 μm, insbesondere 30 μm bis 35 μm an. Die Spaltbreite nimmt insbesondere Werte zwischen 5 μm bis 55 μm, insbesondere zwischen 8 μm bis 25 μm, insbesondere zwischen 10 μm bis 15 μm 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. Bei der zumindest einen Schraubendruck- und/oder Schraubenzugfeder 236, 239, 303, insbesondere den zwei oder mehr Schraubendruckfedern und/oder Schraubenzugfedern 236, 239, 303, handelt es sich vorzugsweise um Spiralfedern.
  • 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 Gasraum 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.
  • 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 ein DC-Motor (DC direct current Gleichstrom) und in einer anderen Ausführungsform ein bürstenloser DC-Motor und/oder zumindest ein Drehmagnet und/oder zumindest ein Linearantrieb, insbesondere zumindest ein Lineardirektantrieb und/oder zumindest ein Hubmagnet verwendet.
  • 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 zumindest 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die unter den gegebenen Betriebsbedingungen eines Abgasrückführ-(AGR)Systems anfallenden Partikel- und Kondensat-Ablagerungen am Stellglied eines AGR-Ventils können die Funktion des Ventils beeinflussen. Im schlimmsten Fall kann es zu einem nicht wieder lösbaren Verschluss des Stellglieds kommen. Aus diesem Grund muss ein Reinigungsmechanismus des Stellglieds vorgesehen werden.
  • Durch die bei den in einem AGR-System gegebenen Betriebsbedingungen fallen Partikel- und Kondensat-Ablagerungen an. Diese Ablagerungen können zu einem Verkleben einer Klappe/eines Tellers eines herkömmlichen Ventils mit dem Sitz führen oder zu einer Verstopfung der Führung einer Ventilstange, wobei unter Umständen eine weitere Bewegung der Klappe/des Tellers relativ zum Ventilsitz verhindert wird und somit das AGR-Ventil nicht mehr gebrauchsfähig ist.
  • Ein AGR-Ventil, insbesondere ein Kolbenschieber-AGR-Ventil hält in seiner Nulllage die AGR-Leitung verschlossen. Durch eine Bewegung des Stellglieds in die eine Richtung wird die AGR-Leitung geöffnet, wobei das Abgas über einen Abgaswärmetauscher strömen kann. Durch eine Bewegung des Stellglieds aus der Nulllage heraus in die andere Richtung wird ebenfalls die AGR-Leitung geöffnet, wobei jetzt das Abgas über einen Bypass an dem Abgaswärmetauscher vorbei strömen kann. Durch die Größe des Hubs wird die rückgeführte Abgasmenge eingestellt.
  • Zur Reinigung kann die Bewegungsart des Stellglieds wie im Folgenden beschrieben erfolgen:
    • a) aus der Nulllage (AGR-Leitung verschlossen) bewegt sich das Stellglied längs zu seiner Achse in die eine bzw. in die andere Richtung, wobei die AGR-Leitung während der ganzen Zeit verschlossen bleibt;
    • b) aus einer Ausgangslage bewegt sich das Stellglied längs zu seiner Achse in die eine bzw. in die andere Richtung. Hierbei öffnet es die AGR-Leitung, einmal zum Wärmeübertrager hin, zum anderen zum Bypass hin;
    • c) das Stellglied wird über einen Mechanismus zum Drehen um seine Achse gebracht, wobei die Drehung alternierend in die eine bzw. andere Richtung erfolgen kann bzw. immer in eine Richtung erfolgen kann;
    • d) es können Kombinationen obiger Längs- und Drehbewegungen erfolgen.
  • Bei der Reinigung kann der Bewegungsablauf des Stellglieds folgendermaßen erfolgen:
    • a) bei Längsbewegung führt das Stellglied den maximal möglichen Hub bzw. einen Prozentsatz des Maximalhubs in die eine Richtung aus und kehrt in seine Ausgangslage zurück;
    • b) bei Längsbewegung führt das Stellglied den maximal möglichen Hub bzw. einen Prozentsatz des Maximalhubs in die andere Richtung aus und kehrt in seine Ausgangslage zurück;
    • c) bei Längsbewegung führt das Stellglied den maximal möglichen Hub bzw. einen Prozentsatz des Maximalhubs in beide Richtungen aus und kehrt in seine Ausgangslage zurück;
    • d) die unter a) bis c) beschriebenen Mechanismen werden mehrmals wiederholt.
  • Die Verstellgeschwindigkeit kann bei allen beschriebenen Mechanismen langsamer, schneller oder gleichschnell sein wie die Verstellgeschwindigkeit unter Normalbedingungen. Entscheidend ist, dass der Antrieb des AGR-Ventils kurzzeitig eine höhere Verstellkraft aufbringen kann als unter Normalbedingungen, um durch die Verschmutzung hervorgerufene, mögliche höhere Reib- beziehungsweise Widerstandskräfte zu überwinden.
  • Die Reinigung kann bei folgenden Betriebszuständen des Verbrennungsmotors erfolgen:
    • a) bei einem mit Diesel-Verbrennungsverfahren betriebenen Fahrzeug vor Inbetriebnahme des Motors oder in der Vorglühphase;
    • b) bei einem nach dem Otto-Verbrennungsverfahren betriebenen Fahrzeug ebenfalls vor Inbetriebnahme des Motors, z. B. bei Inbetriebnahme der Kraftstoffpumpe und/oder anderer Nebenaggregate;
    • c) bei/nach Abstellen des Motors;
    • d) während des Betriebs des Motors, wobei dieser sich in einem Betriebspunkt befindet bei dem keine AGR stattfindet. Dies ist insbesondere bei besonders ausgeführten Stellgliedern von AGR-Ventilen, die eine Bewegung des Stellglieds ohne Öffnung des Ventilsitzes erlauben, wie z. B. einem Kolbenschieber, möglich. Hierfür ist insbesondere der unter Bewegungsart, a) beschriebene Reinigungsmechanismus geeignet, bei dem sich das Stellglied so bewegt, das das Ventil trotzdem verschlossen bleibt;.
    • e) während des Betriebs des Motors, wobei dieser sich in einem Betriebspunkt befindet bei dem AGR stattfindet. Dies ist insbesondere bei besonders ausgeführten Stellgliedern von AGR-Ventilen, die eine Drehbewegung des Stellglieds erlauben, wie z. B. einem Kolbenschieber, möglich.
  • Die Initiierung des Reinigungsmechanismus kann dergestalt erfolgen, dass:
    • a) eine Reinigung regelmäßig in vorher festgelegten Intervallen stattfindet, wobei die Intervalle zeitlicher Natur sein können oder von der Betriebszeit des Motors abhängen oder vom Kilometerstand des Fahrzeugs abhängen;
    • b) eine Reinigung bei jedem Anfahren und Abstellen des Motors stattfindet;
    • c) eine Reinigung durchgeführt wird, wenn die Abweichung eines Sensorsignals der Lagerückmeldung des Antriebs des AGR-Ventils (IST-Position) bei gegebenem elektrischem Ansteuersignal (SOLL-Position) größer als 3% ist;
    • d) eine mögliche Verschmutzung durch eine Abweichung eines Sensorsignals der Lagerückmeldung des Antriebs des AGR-Ventils bei gegebenem elektrischem Ansteuersignal vom hinterlegten (unverschmutzten) Sensorsignal bei selbigem Ansteuersignal erkannt wird und eine Reinigung initiiert wird;
    • e) die Reinigungsinitiierung eine Kombination obiger Mechanismen ist.

Claims (51)

  1. Wärmeübertragerventileinrichtung zum Regeln eines Fluidstroms, insbesondere eines Abgas- oder Ladeluftstroms, mit einem Ventilgehäuse (2; 52; 212), das einen Eingang (4; 54; 214) für den Fluidstrom und einen Wärmeübertragerausgang (11; 61; 221) aufweist, durch den einem Wärmeübertrager, insbesondere einem Kühler, in Abhängigkeit von der Stellung eines Ventilkörpers ein mehr oder weniger großer Fluidstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (2; 52; 212) einen weiteren Ausgang, insbesondere einen Bypassausgang (12; 62; 222), aufweist, durch den in Abhängigkeit von der Stellung eines Stellglieds (16; 66; 226), das eine Längsachse aufweist und parallel zu seiner Längsachse hin und her bewegbar in dem Ventilgehäuse (2; 52; 212) angeordnet ist, ein mehr oder weniger großer Fluidstrom an dem Wärmeübertrager vorbeileitbar ist.
  2. Wärmeübertragerventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (16; 66; 226) zwischen einer ersten Extremstellung, in welcher der weitere Ausgang (12; 62; 222) geschlossen und der Wärmeübertragerausgang (11; 61; 221) geöffnet ist, und einer zweiten Extremstellung hin und her bewegbar ist, in welcher der weitere Ausgang (12; 62; 222) geöffnet und der Wärmeübertragerausgang (11; 61; 221) geschlossen ist.
  3. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Stellglieds der weitere Ausgang (12; 62; 222) und der Wärmeübertragerausgang (11; 61; 221) geschlossen sind.
  4. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Stellglieds der weitere Ausgang (12; 62; 222) und der Wärmeübertragerausgang (11; 61; 221) zumindest teilweise geöffnet sind.
  5. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Ventilschiebers der weitere Ausgang (12; 62; 222) und der Wärmeübertragerausgang (11; 61; 221) geöffnet sind.
  6. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Stellglieds der weitere Ausgang (12; 62; 222) insbesondere teilweise geöffnet und der Wärmeübertragerausgang (11; 61; 221) geschlossen ist.
  7. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Ventilstellung des Stellglieds der Wärmeübertragerausgang (11; 61; 221) insbesondere teilweise geöffnet und der weitere Ausgang (12; 62; 222) geschlossen ist.
  8. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (66; 226) einen im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Schließkörper (70; 80; 90; 230) umfasst.
  9. Wärmeübertragerventileinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (70; 80; 90; 230) ein zentrales Durchgangsloch (75; 85; 95) aufweist.
  10. Wärmeübertragerventileinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (80; 90; 230) an mindestens einer Stirnseite mehrere Vorsprünge (88, 89; 201–203; 231, 232) aufweist.
  11. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (90; 230) an beiden Stirnseiten mehrere Vorsprünge (201–205; 231–234) aufweist.
  12. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (226) mittels zumindest eines Federelements (236, 239, 303), insbesondere durch eine symmetrisch vorgespannte Feder oder zwischen zwei Federelementen (236, 239), in eine Nulllage vorgespannt ist bzw. in einer Nulllage gehalten wird, in welcher der Eingang (214) verschlossen ist.
  13. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (230) durch zwei Lagerringe (261, 262) geführt ist.
  14. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (16; 66) zumindest teilweise aus Keramik und/oder Stahl gebildet ist.
  15. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (2; 52) zumindest teilweise aus Keramik und/oder Stahl gebildet ist.
  16. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (16) mit zumindest einem Dichtelement (24) für den Eingang (4) ausgestattet ist.
  17. Wärmeübertragerventileinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Dichtelement (24) eine dem Eingang (4) zugewandte Dichtfläche (26) aufweist, welche die Gestalt eines Kugelabschnitts, einer Kugel, eines Zylinders, eines Kegels oder eines Kegelstumpfs hat.
  18. Wärmeübertragerventileinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Dichtelement (24) an dem Stellglied (16) hin und her bewegbar geführt ist.
  19. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Dichtelement (24) durch eine Federeinrichtung (30) gegen den Eingang (4) vorgespannt ist.
  20. Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (16) zumindest einen Druckausgleichskanal (22) aufweist.
  21. Verfahren zum Reinigen einer Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (16; 66) aus einer Nulllage längs zu seiner Längsachse in die eine und/oder in die andere Richtung bewegt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführleitung der Wärmeübertragerventileinrichtung insbesondere während des Reinigungsvorgangs in der Nulllage verschlossen ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleitung, insbesondere zwei Abgasrückführleitungen, der Wärmeübertragerventileinrichtung während des Reinigungsvorgangs verschlossen bleibt bzw. bleiben.
  24. Verfahren zum Reinigen einer Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (16; 66) aus einer Ausgangslage längs zu seiner Längsachse in die eine und/oder in die andere Richtung bewegt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführleitung der Wärmeübertragerventileinrichtung während des Reinigungsvorgangs zu einem Wärmeübertrager und/oder zu einem Bypass hin geöffnet wird.
  26. Verfahren zum Reinigen einer Wärmeübertragerventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, insbesondere nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (16; 66) um seine Längsachse in Drehung versetzt wird.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung alternierend in die eine oder andere Richtung erfolgt.
  28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung nur in eine Richtung erfolgt.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbewegung des Stellglieds mit der Drehbewegung des Stellglieds kombiniert wird.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied bei der Längsbewegung, insbesondere mehrmals wiederholt, einen maximal möglichen Hub oder einen Prozentsatz des maximal möglichen Hubs in die eine Richtung ausführt und in seine Ausgangslage zurückkehrt.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied bei der Längsbewegung, insbesondere mehrmals wiederholt, einen maximal möglichen Hub oder einen Prozentsatz des maximal möglichen Hubs in die andere Richtung ausführt und in seine Ausgangslage zurückkehrt.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied bei der Längsbewegung, insbesondere mehrmals wiederholt, einen maximal möglichen Hub oder einen Prozentsatz des maximal möglichen Hubs in beide Richtungen ausführt und in seine Ausgangslage zurückkehrt.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellgeschwindigkeit beim Reinigen langsamer, schneller oder gleichschnell wie die Verstellgeschwindigkeit unter Normalbedingungen ist.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Antrieb der Wärmeübertragerventileinrichtung kurzzeitig eine höhere Verstellkraft aufgebracht wird als unter Normalbedingungen.
  35. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung bei folgenden Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine erfolgt: a) bei einem Diesel-Verbrennungsverfahren vor Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine oder in der Vorglühphase; b) bei einem Otto-Verbrennungsverfahren vor Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, zum Beispiel bei Inbetriebnahme einer Kraftstoffpumpe und/oder anderer Nebenaggregate; c) bei/nach Abstellen der Brennkraftmaschine; d) während des Betriebs der Brennkraftmaschine, wobei sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt befindet, bei dem keine Abgasrückführung stattfindet; e) während des Betriebs der Brennkraftmaschine, wobei sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebspunkt befindet, bei dem Abgasrückführung stattfindet.
  36. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Initiierung des Reinigungsmechanismus dergestalt erfolgt, dass: a) eine Reinigung regelmäßig in vorher festgelegten Intervallen stattfindet; b) eine Reinigung bei jedem Anfahren und Abstellen der Brennkraftmaschine stattfindet; c) eine Reinigung durchgeführt wird, wenn die Abweichung eines Sensorsignals einer Lagerückmeldung des Antriebs der Wärmeü bertragerventileinrichtung (IST-Position) bei einem gegebenen elektrischen Ansteuersignal (SOLL-Position) größer als 3 Prozent ist; d) eine mögliche Verschmutzung durch eine Abweichung eines Sensorsignals der Lagerückmeldung des Antriebs der Wärmeübertragerventileinrichtung bei einem gegebenen elektrischen Ansteuersignal von einem hinterlegten (unverschmutzten) Sensorsignal bei selbigem Ansteuersignal erkannt und eine Reinigung initiiert wird;
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrens zur Reinigung der Wärmeübertragerausgang (11; 61; 221) und/oder der Bypassausgang (12; 62; 222) verschlossen sind.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Reinigen gestartet wird, sobald ein erfasstes Sensorsignal einer Sensoreinrichtung, insbesondere zur Messung einer Reibwiderstandskraft eines Reibwiderstandes zwischen zumindest einem Schließkörpers (230, 302) und zumindest einem Gehäuseführungsabschnitt (350), mit einem Referenzsignal übereinstimmt.
  39. Wärmeübertrager, insbesondere Abgaswärmeübertrager, mit einer Wärmeübertragerventileinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20.
  40. Abgasrückführsystem mit oder an einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Motor, der beziehungsweise dem an einer Entnahmestelle (108) abgezweigtes und über eine Rückführstelle (109) zurückgeführtes Abgas zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Entnahmestelle (108) und die Rückführstelle (109) eine Wärmeübertragerventileinrichtung (111, 121, 131, 141, 151, 161) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 geschaltet ist.
  41. Abgasrückführsystem nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung (111, 121, 131, 141, 151, 161) mit einer Abgaskühleinrichtung (112, 122, 132, 133, 142, 152, 162, 163) verbunden ist.
  42. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung (111, 121, 131, 141, 151, 161) in die Abgaskühleinrichtung (112, 122, 132, 133, 142, 152, 162, 163) integriert ist.
  43. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung (111, 121, 131, 141, 151, 161) stoffschlüssig mit der Abgaskühleinrichtung (112, 122, 132, 133, 142, 152, 162, 163) verbunden ist.
  44. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskühleinrichtung (112, 132, 133, 142; 162, 163) einen Bypass aufweist.
  45. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 44 dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskühleinrichtung (122; 152) einen U-Flow-Kühler umfasst.
  46. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung (111, 121, 131, 141, 151, 161), in Strömungsrichtung von der Entnahmestelle (108) zu der Rückführstelle (109) betrachtet, stromaufwärts zu der Abgaskühleinrichtung (112, 122, 132, 133, 142, 152, 162, 163) angeordnet ist.
  47. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung (111, 121, 131, 141, 151, 161), in Strömungsrichtung von der Entnahmestelle (108) zu der Rückführstelle (109) betrachtet, stromabwärts zu der Abgaskühleinrichtung (112, 122, 132, 133, 142, 152, 162, 163) angeordnet ist.
  48. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung (131, 161) einen Hochtemperatur-Abgaskühler (132, 162) und einen Niedertemperatur-Abgaskühler (133, 163) umfasst.
  49. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragerventileinrichtung (131, 161), in Strömungsrichtung von der Entnahmestelle (108) zu der Rückführstelle (109) betrachtet, stromaufwärts oder stromabwärts zu dem Hochtemperatur-Abgaskühler (132, 162) oder dem Niederdruckabgaskühler (133, 163) angeordnet ist.
  50. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführsystem von einem Hochdruck-Abgasrückführsystem gebildet wird.
  51. Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 40 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasrückführsystem von einem Niederdruckabgasrückführsystem gebildet wird.
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