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Die
Erfindung betrifft ein Ventil eines Abgasrückführungssystems mit den Merkmalen
im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es
ist Stand der Technik, bei Dieselmotoren einen Teil des Abgases
zu kühlen
und der erneuten Verbrennung zurückzuführen, um
auf diese Weise den Stickoxidausstoß zu reduzieren. Die Abgasmengen,
welche dem Abgasrückkühler und
anschließend der
Verbrennung zugeführt
werden, können über Steuerventile
reguliert werden. Die Abgasmenge wird so gesteuert, dass bei einem
kalten Motor Abgas ungekühlt über einen
Bypass dem Ansaugtrakt zugeleitet wird. Erst bei Erreichen der Betriebstemperatur wird
das Abgas durch den Kühler
zurückgeführt, da anderenfalls
eine zu langsame Aufheizung nachgeschalteter Katalysatoren erfolgen
würde.
Die beiden Funktionen – Luftmassenregulierung
und Schaltung zwischen Kühl-
und Bypassbetrieb – sind
bei manchen Arten von Steuerventilen getrennt. Es gibt allerdings
auch Ventile, welche die Regelung und das Umschalten zwischen Kühl- und Bypassbetrieb
in einem Ventilmodul mit nur einem Antrieb realisieren. Steuerventile,
bei welchem die Umschaltung zwischen Kühl- und Bypassbetrieb separat
von einer Mengensteuerung erfolgt, erfordern relativ viel Bauraum.
Es wird daher angestrebt, Steuerventile mit nur einem Antrieb zu
entwickeln. Die im Stand der Technik bekannten Steuerventile sind
zumeist Anordnungen aus zwei Ventilen mit zwei Ventilsitzen oder
aber Drehkolbenventile. Im Falle einer Ausführung mit zwei Ventilen müssen entweder
Linearmotoren mit relativ großen
Stellwegen eingesetzt werden, oder es muss eine Umwandlung einer
Drehbewegung in eine Hubbewegung erfolgen. Drehkolbenventile besitzen eine
relativ große
Kontaktfläche
innerhalb des Ventilsitzes und sind somit relativ großer Reibung
unterworfen. Somit werden bei Drehkolbenventilen auch größere Stellkräfte benötigt. Die
DE 699 12 335 T2 beschreibt
ein Ventil eines Abgasrückführsystems mit
einem Ventilkörper
in einem Ventilgehäuse,
welcher mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, wodurch zwei Durchströmöffnungen
gesperrt werden können. Der
Ventilkörper
umfasst hier eine Stellklappe und eine Schließklappe, welche an einer gemeinsamen Achse
auslenkbar angeordnet sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Ventil eines
Abgasrückführungssystems
aufzuzeigen, das konstruktiv einfach umzusetzen ist, nur geringe
Stellkräfte
erfordert und unempfindlich gegenüber Verschmutzungen ist.
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Diese
Aufgabe ist bei einem Ventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
umfasst ein Ventilgehäuse
und einen in dem Ventilgehäuse
angeordneten Ventilkörper,
der mit einem Ventilsitz im Ventilgehäuse zusammenwirkt. Das Ventilgehäuse weist
zwei von dem Ventilkörper
sperrbare Durchströmöffnungen
auf, wobei die erste Druckströmöffnung zur
Durchleitung von Abgas aus einem Zuströmkanal in einen Kühlereinlass
vorgesehen ist und wobei die zweite Durchströmöffnung zur Durchleitung von
Abgas aus dem Zuströmkanal
in einen Bypasskanal vorgesehen ist. Der Ventilkörper ist als tellerförmige Klappe ausgebildet,
die jeweils einer Durchströmöffnung zugeordnete
Flügel
aufweist, wobei eine Schwenkachse des Ventilkörpers zwischen den Flügeln angeordnet
ist.
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Das
erfindungsgemäße Ventil
zeichnet sich durch eine einfache und robuste Bauweise aus, bei welcher
es möglich
ist, das Stellorgan fluchtend mit einer Antriebswelle bzw. der Schwenkachse
des Ventilkörpers
zu verbinden. Dadurch ist im Unterschied zu anderen Bauformen eine
Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hubbewegung nicht erforderlich.
Das erfindungsgemäße Ventil
hat nicht nur Vorteile gegenüber
translatorisch verlagerbaren Ventilkörpern, sondern auch gegenüber Drehkolbenventilen.
Der Ventilkörper
besitzt aufgrund seiner tellerförmigen
Gestalt nur kleine Kontaktflächen
zum Ventilsitz, so dass die Reibung gegenüber Drehkolbenventilen reduziert
wird. Die Stellkräfte
zur Betätigung des
Ventilkörpers
können
daher geringer sein.
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Die
Schwenkachse befindet sich auf der dem Zuströmkanal abgewandten Seite des
Ventilkörpers. Auf
diese Weise ist die Schwenkachse bzw. der Achsschaft der Schwenkachse
immer auf der strömungsabgewandten
Seite gelegen, so dass der Bereich der Schwenkachse vor Verschmutzungen
geschützt
ist.
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Zudem
ist es in vorteilhafterweise möglich, den
Querschnitt des Achsschafts auf eine den Kühlereinlasskanal von dem Bypasskanal
trennende Wand abzustimmen, damit Abgas nicht von dem Bypasskanal
in den Kühlereinlasskanal übertreten
kann. Der Achsschaft besitzt in seinem der Wand benachbarten Umfangsbereich
einen kreisrunden Querschnitt, der an eine entsprechende rinnenförmige Mulde
in der Wand angepasst ist.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass die Schwenkachse zwischen den Flügeln des
Ventilkörpers
angeordnet ist, so dass einer der Flügel durch Verschwenken in Strömungsrichtung
verlagert werden kann, um die zugehörige Durchströmöffnung zu öffnen, während zeitgleich
der andere Flügel
entgegen der Strömungsrichtung
verlagert wird, dabei jedoch die zugehörige Durchströmöffnung aufgrund
der Gestaltung des Ventilgehäuses
nicht frei gibt, sondern blockiert.
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In
vorteilhafter Weise ist der Ventilkörper als kreisrunde Klappe
ausgebildet. Für
diesen Fall weist der Ventilsitz einen als Kugelhaubenabschnitt
ausgebildeten Haubenabschnitt mit einem Innendurchmesser auf, der
an den Außendurchmesser
des Ventilkörpers
angepasst ist. Grundsätzlich
ist es auch denkbar, dass die tellerförmige Klappe eine von der Kreisform
abweichende äußere Geometrie
aufweist, beispielsweise rechteckig konfiguriert ist. In diesem
Fall kann der Ventilsitz kein Kugelhaubenabschnitt sein, sondern
besitzt vielmehr die Form eines Zylindermantels. Der an die äußere Form
des Ventilkörpers angepasste
Haubenabschnitt bildet gewissermaßen den Ventilsitz des Ventilgehäuses.
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Es
wird als zweckmäßig angesehen,
wenn der Zuströmkanal
in den Haubenabschnitt mündet. Vorzugsweise
ist der Zuströmkanal
senkrecht zum Ventilkörper
angeordnet, damit beide Flügel
des Ventilkörpers
gleichmäßig angeströmt werden.
Das bedeutet, dass der Zuströmkanal
auch senkrecht zur Schwenkachse des Ventilkörpers angeordnet ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den nachfolgenden Zeichnungen
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Ventils eines Abgasrückführungssystems;
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2 das
Ventil der 1 im Längsschnitt in geschlossener
Stellung;
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3 das
Ventil der 1 im Längsschnitt im Kühlbetrieb
und
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4 das
Ventil der 1 im Längsschnitt im Bypassbetrieb.
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Das
in den 1 bis 4 dargestellte Ventil 1 umfasst
als wesentliche Baugruppen ein Ventilgehäuse 2 und einen Ventilkörper 3.
Das Ventilgehäuse 2 umfasst
einen rechteckig konfigurierten unteren Teil mit einem Bypasskanal 4 sowie
einen Kühlereinlasskanal 5.
Abgas, das in den Kühlereinlasskanal 5 geleitet
wird, soll einem Kühler
zugeleitet werden. Abgas, das durch den Bypasskanal 4 geleitet
wird, passiert den Kühler
hingegen nicht. Dadurch kann die Kühlung des Abgases gesteuert
werden. Das Abgas strömt
bei diesem Ausführungsbeispiel eines
Ventils von oben über
einen Zuströmkanal 6 in das
Ventilgehäuse 2 ein.
Der Bypasskanal 4 und der Kühlereinlasskanal 5 sind
durch eine Wand 7 voneinander getrennt, die den Übertritt
von Abgas von dem Bypasskanal 4 in den Kühlereinlasskanal 5 und
umgekehrt verhindert. Diese in der Ebene der 2 vertikal
verlaufende Wand 7 erstreckt sich bis zu dem Ventilkörper 3,
der als kreisrunde Klappe ausgebildet ist. Dieser klappenförmige Ventilkörper 3 versperrt
in der Darstellung der 2 die dem Zuströmkanal 6 mit
dem Kühlereinlasskanal 5 verbundene
erste Durchströmöffnung 8 und
auch die dem Zuströmkanal 6 mit
dem Bypasskanal verbindende zweite Durchströmöffnung 9.
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In 2 liegt
der klappenförmige
Ventilkörper 3 mit
seinem gesamten Außenumfang
am Ventilsitz 10 an. Jeder der Durchströmöffnungen 8, 9 ist eine
als Flügel 11, 12 bezeichnete
Hälfte
des klappenförmigen
Ventilkörpers 3 zugeordnet.
In diesem Ausführungsbeispiel
befinden sich die Flügel 11, 12 in
einer räumlichen
Ebene, so dass die dem Zuströmkanal 6 zugewandte
Seite des Ventilkörpers 3 als kreisrunde,
ebene Scheibe ausgebildet ist. Auf der dem Zuströmkanal 6 abgewandten
Seite verläuft eine
Schwenkachse S in einem Achsschaft 13 des Ventilkörpers 3.
In 1 ist zu erkennen, das dieser Achsschaft 13 durch
das Ventilgehäuse 2 nach
außen
geführt
ist. Hierzu ist an dem Ventilgehäuse 2 eine
Hülse 14 vorgesehen,
die von dem Achsschaft 13 durchsetzt wird. Außerhalb
des Ventilgehäuses 2 kann
ein nicht näher
dargestelltes Antriebeselement zur Betätigung des Ventilkörpers 3 befestigt
werden.
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Der
Ventilkörper 3 wird
ausschließlich
rotatorisch bewegt bzw. verschwenkt. Es ist vorgesehen, dass der
Ventilkörper 3 in
einem Winkelbereich +/–30° mit jeweils
einem der Flügel 11, 12 dicht
am Ventilgehäuse 2 anliegt.
Dadurch erstreckt sich der Ventilsitz 10 gewissermaßen bis
in einen als Kugelhaubenabschnitt ausgebildeten Haubenabschnitt 15, welcher
in den Zuströmkanal 6 übergeht.
Dieser Haubenabschnitt 15 ist in seinem Innendurchmesser
an den Außendurchmesser
des Ventilkörpers 3 angepasst,
um Leckageströmungen
zu vermeiden.
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3 zeigt,
wie Abgas über
den Zuströmkanal 6 in
den Kugelhaubenabschnitt 15 einströmt und durch den um 30° im Gegenuhrzeigersinn
verschwenkten Ventilkörper 3 in
den Kühlereinlasskanal 5 gelangt.
Der in der Bildebene linke Flügel 11 wird durch
das Verschwenken abgesenkt, so dass die erste Durchströmöffnung 8 freigegeben
wird, während die
zweite Durchströmöffnung 9 durch
die besondere Geometrie des Haubenabschnitts 15 nach wie
vor blockiert ist. Zudem erfüllt
der in der Bildebene rechte Flügel 12 in
dieser Position eine Leitungs- bzw. Umleitungsfunktion. Der schräg gestellte
Ventilkörper 3 reduziert
aufgrund seiner ebenen, tellerförmigen
Gestalt die Strömungsverluste
in der jeweiligen Offenstellung.
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In 4 ist
das Ventil im Bypassbetrieb dargestellt. Der Ventilkörper 3 ist
um 30° im
Uhrzeigersinn verschwenkt worden, so dass Abgas nunmehr über den
Zuströmkanal 6 und
den Haubenabschnitt 15 in den Bypasskanal 4 gelangt.
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- 1
- Ventil
- 2
- Ventilgehäuse
- 3
- Ventilkörper
- 4
- Bypasskanal
- 5
- Kühlereinlasskanal
- 6
- Zuströmkanal
- 7
- Wand
- 8
- erste
Durchströmöffnung
- 9
- zweite
Durchströmöffnung
- 10
- Ventilsitz
- 11
- Flügel
- 12
- Flügel
- 13
- Achsschaft
- 14
- Hülse
- 15
- Haubenabschnitt
- S
- Schwenkachse