-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasumschaltventil, das in einem
Abgasrezirkulationssystem angeordnet ist. Das Abgasumschaltventil schaltet
zwischen einer kalten Betriebsart (Kühlerbetriebsart),
in der das Abgas durch einen Abgaskühler strömt,
und einer heißen Betriebsart (Umgehungsbetriebsart), in
der das Abgas den Abgaskühler umgeht, um.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Ein
Abgasrezirkulationssystem (EGR-System) ist gut bekannt. Das EGR-System
ist mit einem Abgaskühler (EGR-Kühler) angeordnet,
der das rezirkulierte Abgas mit einem Kühlmittel der Maschine kühlt.
Eine Verbrennungstemperatur wird gesenkt, ohne eine Ausgabe einer
Brennkraftmaschine zu verschlechtern, so dass stickstoffhaltige
Mittel wie zum Beispiel NOx, die in dem Abgas enthalten sind, reduziert
werden.
-
Wenn
die Maschine sich in einem Anfahrzustand befindet, oder wenn eine
Temperatur des Kühlmittels der Maschine im Winter sehr
niedrig ist, umgeht das Abgas außerdem den EGR-Kühler,
um einen Verbrennungszustand der Maschine zu verbessern.
6 zeigt
ein bekanntes EGR-System, das in der
WO-2006-084867 A1 beschrieben
ist. Das EGR-System ist mit einem EGR-Kühler
101 angeordnet,
der ein Abgas kühlt, das von einem Abgasdurchtritt zu einem
Einlassdurchtritt rezirkuliert wird. Das rezirkulierte Abgas wird
als EGR-Gas bezeichnet. Das EGR-System ist außerdem mit
einem Abgasumschaltventil
102 angeordnet, das zwischen
einer Kühlerbetriebsart und einer Umgehungsbetriebsart umschaltet,
um die Emissionen zu reduzieren und einen Verbrennungszustand der
Maschine zu stabilisieren. Der EGR-Kühler
101 hat
erste Durchtritte
111 und zweite Durchtritte
113,
die parallel angeordnet sind. Die ersten Durchtritte
111 und
die zweiten Durchtritte
113 sind durch einen Zwischentank
112 miteinander
in Fluidverbindung.
-
Ein
Abgasumschaltventil 102 besteht aus einem Gehäuse 103 und
einem Ventilkörper 104. Das Gehäuse 103 hat
eine EGR-Gaseinlassöffnung 121, die mit dem Abgasdurchtritt
der Maschine verbunden ist, eine Kühlereinlassöffnung 122,
die mit einem Einlass des EGR-Kühlers 101 verbunden
ist, eine Kühlerauslassöffnung 123, die
mit einem Auslass des EGR-Kühlers 101 verbunden
ist, und eine EGR-Gasauslassöffnung 124, die mit
dem Einlassdurchtritt der Maschine verbunden ist. Der Ventilkörper 104 ist drehbar
in dem Gehäuse aufgenommen, um einen Verbindungszustand
zwischen den Öffnungen 121, 122, 123, 124 umzuschalten.
Das Gehäuse 103 hat einen Wellenlagerabschnitt,
der eine Welle 105 des Ventilkörpers 104 lagert.
Der Ventilkörper 104 ist ein freitragendes Ventil.
-
Wenn
das Ventil sich in der Kühlerbetriebsart befindet, wie
aus 6 ersichtlich ist, sind ein erster EGR-Gasdurchtritt 131,
der die EGR-Gaseinlassöffnung 121 und die Kühlereinlassöffnung 122 verbindet,
und ein zweiter EGR-Gasdurchtritt 132, der die Kühlerauslassöffnung 123 und
die EGR-Gasauslassöffnung 124 verbindet, in dem
Gehäuse 103 definiert. Das EGR-Gas strömt
durch den EGR-Kühler 101, so dass die Temperatur
des EGR-Gases verringert wird. Wenn es sich in der Umgehungsbetriebsart
befindet, ist ein Umgehungsdurchtritt 133, der die EGR-Gaseinlassöffnung 121 und
die EGR-Gasauslassöffnung 124 verbindet, in dem
Gehäuse 103 definiert. Das EGR-Gas umgeht den
EGR-Kühler 101.
-
Um
den Ventilkörper 104 bei jeder beliebigen Temperatur
stabil zu betreiben, und eine Zusammenbautoleranz aufzunehmen, sind
in dem voranstehend beschriebenen Abgasumschaltventil 102 zwischen einer
Innenfläche des Gehäuses 103 und Seitenflächen
des Ventilkörpers 104 Ventilzwischenräume
angeordnet. Wenn es sich in der Kühlerbetriebsart befindet,
wird ein Differenzialdruck zwischen dem stromaufwärts liegenden
und stromabwärts liegenden Bereich des EGR-Kühlers 101 auf
den Ventilkörper 104 aufgebracht. Das EGR-Gas,
das durch den ersten EGR-Gasdurchtritt 131 strömt,
kann durch die Ventilfreiräume in den zweiten EGR-Gasdurchtritt 132 ausströmen.
-
Falls
das heiße EGR-Gas in den zweiten EGR-Gasdurchtritt 132 ausströmt,
wird das heiße EGR-Gas mit dem gekühlten EGR-Gas
gemischt, so dass die Temperatur des EGR-Gases, das durch die EGR-Gasauslassöffnung 124 in
den Einlassdurchtritt strömt, erhöht wird. Somit
wird der Kühlwirkungsgrad des EGR-Gases verringert und
der Abgasreduktionswirkungsgrad wird verschlechtert. Obwohl es wünschenswert
ist, dass die Ventilfreiräume kleiner gemacht werden, um
ein Ausströmen des heißen EGR-Gases zu beschränken,
werden die Ventilfreiräume wegen der Toleranzen der Teile
und wegen der Unterschiede der linearen Ausdehnungskoeffizienten
nicht einfach kleiner gemacht.
-
Das
Abgas enthält Abgaspartikelbestandteile wie zum Beispiel
Verbrennungsrückstände oder Ruß. Die
Abgaspartikelbestandteile werden zu anhaftenden Ablagerungen und
können sich an der Innenfläche des Gehäuses 103 ansammeln.
Wenn das Abgasumschaltventil 102 von der Kühler-Betriebsart in
die Umgehungsbetriebsart umgeschaltet wird, kann der Ventilkörper 104 durch
die anhaftenden Ablagerungen stecken bleiben. Falls der Ventilfreiraum kleiner
gemacht wird, bleibt der Ventilkörper leichter durch die
anhaftenden Ablagerungen stecken.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der
voranstehend erwähnten Punkte gemacht, und es ist eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasumschaltventil bereitzustellen, das
in der Lage ist, ein Ausströmen von heißem EGR-Gas
zu beschränken, das einen Anstieg der Temperatur des Abgases
verursacht, und dabei eine Verschlechterung eines Wirkungsgrads
der Emissionsreduktion zu beschränken.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein Abgasumschaltventil nach Anspruch
1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden
gemäß den abhängigen Ansprüchen
ausgeführt.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung hat ein Abgasumschaltventil: ein Gehäuse,
das vier Gasöffnungen aufweist, die entsprechend mit einem
Abgasdurchtritt, einem Einlassdurchtritt, einem Einlass eines Abgaskühlers
und einem Auslass des Abgaskühlers verbunden sind; und
ein Ventil, das drehbar in dem Gehäuse aufgenommen ist,
um einen Verbindungszustand der Öffnungen umzuschalten.
Eine Trennwand trennt die Kühlereinlassöffnung
und die Kühlerauslassöffnung. Die Trennwand erstreckt
sich von dem Verbindungsabschnitt des Gehäuses und dem
Abgaskühler zu einer Umgebung einer Ventilwelle. Deswegen
kann ein Anstieg der Temperatur des Abgases, das in einer kühleren
Betriebsart aus der Abgasauslassöffnung strömt
und ein Anstieg der Temperatur des gekühlten Abgases, das
durch den Abgaskühler durchtritt, beschränkt werden,
so dass die Verschlechterung des Emissionsreduzierungswirkungsgrads
vermieden werden kann.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden Beschreibung deutlicher werden, die mit Bezug auf
die anhängenden Zeichnungen gemacht ist, und in denen gleiche
Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind, und in denen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht ist, die ein EGR-Kühlermodul gemäß einer
ersten Ausführungsform zeigt;
-
2 eine
Querschnittsansicht des EGR-Kühlermoduls ist, um einen
Strom des EGR-Gases in einer gekühlten Betriebsart gemäß der
ersten Ausführungsform zu zeigen;
-
3 eine
Querschnittsansicht des EGR-Kühlermoduls ist, um eine Strömung
der EGR-Gasströmung in einer heißen Betriebsart
gemäß der ersten Ausführungsform zu zeigen;
-
4 ein
Diagramm ist, das ein Ergebnis eines Experiments bezüglich
eines EGR-Gasausströmens zeigt;
-
5 eine
Querschnittsansicht ist, die eine EGR-Gasströmung in einer
gekühlten Betriebsart gemäß einer zweiten
Ausführungsform zeigt; und
-
6 eine
Querschnittsansicht ist, die eine bekannte Abgaskühlvorrichtung
zeigt.
-
Ausführliche Beschreibung der
Ausführungsformen
-
[Erste Ausführungsform]
-
[Struktur der ersten Ausführungsform]
-
1 bis 4 zeigen
eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt ein
EGR-Kühlermodul.
-
In
der vorliegenden Ausführungsform ist ein Abgasrezirkulationssystem
(EGR-System) mit einem Abgasrezirkulationsrohr (EGR-Rohr) und dem EGR-Kühlermodul
angeordnet, das mit dem EGR-Rohr verbunden ist. Ein Teil des Abgases
einer Dieselmaschine wird aus einem Abgasdurchtritt zu einem Einlassdurchtritt
rezirkuliert. Das EGR-Kühlermodul hat eine EGR-Gaskühlvorrichtung,
die das EGR-Gas kühlt, das von dem Abgasdurchtritt zu dem Einlassdurchtritt
rezirkuliert. Außerdem hat das EGR-Kühlermodul
eine EGR-Gassteuervorrichtung, die die EGR-Gasmenge und die EGR-Gastemperatur
steuert.
-
Das
EGR-Kühlermodul hat ein erstes Gehäuse 1,
das ein erstes Steuerventil aufnimmt, ein zweites Gehäuse 2,
das ein zweites Steuerventil (EGR-Gastemperatursteuerventil) aufnimmt,
und einen EGR-Kühler 3. Das erste Steuerventil
steuert die EGR-Gasmenge und das zweite Steuerventil steuert die
EGR-Gastemperatur. Wie aus 2 und 3 ersichtlich
ist, ist ein einzelner EGR-Gasdurchtritt 16 in dem ersten
Gehäuse 1 definiert. Wenn eine gekühlte
Betriebsart als die Kühlerbetriebsart vorliegt, sind ein
erster EGR-Gasdurchtritt 21 und ein zweiter EGR-Gasdurchtritt 22 in
dem zweiten Gehäuse 2 definiert, wie aus 2 ersichtlich
ist. Wenn eine heiße Betriebsart als die Umgehungsbetriebsart
vorliegt, ist ein Umgehungsdurchtritt 23 in dem zweiten
Gehäuse 2 definiert, wie aus 3 ersichtlich
ist.
-
Der
erste und der zweite EGR-Gasdurchtritt 21, 22 sind
Hauptdurchtritte zum Rezirkulieren des EGR-Gases aus dem Abgasdurchtritt
in den Einlassdurchtritt durch den EGR-Kühler 3.
Der Umgehungsdurchtritt 23 ist ein Umgehungsdurchtritt
für das EGR-Gas, um den EGR-Kühler 3 zu
umgehen, so dass das EGR-Gas aus dem Abgasdurchtritt in den Einlassdurchtritt
strömt.
-
Das
erste Steuerventil steuert die EGR-Gasmenge, die durch den EGR-Gasdurchtritt 16 in
dem ersten Gehäuse 1 strömt. Das erste
Steuerventil hat einen ersten Steuerventilkörper 4,
der in dem EGR-Gasdurchtritt 16 angeordnet ist. Der erste
Steuerventilkörper 4 ist drehbar durch eine erste
Welle 11 gelagert. Ein erstes Stellglied 6, das
den ersten Steuerventilkörper 4 antreibt, ist
an dem ersten Gehäuse 1 montiert. Das erste Stellglied 6 hat
einen Elektromotor und ein mechanisches Reduktionsgetriebe, das
eine Antriebskraft des Elektromotors zu der ersten Welle 11 überträgt.
-
Das
erste Gehäuse 1 ist aus einem metallischen Material
wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung hergestellt. Das erste
Gehäuse 1 ist mit einem Zwischenabschnitt des
EGR-Rohrs verbunden. Das erste Gehäuse 1 weist
einen zylindrischen Verbindungsabschnitt 17 und einen quadratisch-rohrförmigen
Verbindungsabschnitt 18 auf. Der zylindrische Verbindungsabschnitt 17 weist
eine erste Verbindungsfläche auf, die mit dem EGR-Rohr
verbunden ist. Der quadratisch-rohrförmige Verbindungsabschnitt 18 weist
eine zweite Verbindungsfläche auf, die mit dem zweiten
Gehäuse 2 verbunden ist. Ein Kühlmitteleinlassrohr
ist mit dem ersten Gehäuse 1 verbunden. Das erste
Gehäuse 1 weist einen Kühlmitteldurchtritt
um den EGR-Gasdurchtritt 16 auf. Das Maschinenkühlmittel
wird durch das Kühlmitteleinlassrohr 19 in den
Kühlmitteldurchtritt eingebracht.
-
Das
Abgasumschaltventil entspricht dem zweiten Steuerventil, das in
dem zweiten Gehäuse 2 angeordnet ist, um die EGR-Gastemperatur
zu steuern. Das Abgasumschaltventil hat ein Vierwege-Schmetterlingsventil 5,
das die gekühlte (kühlere) Betriebsart und die
heiße (Umgehungs-)Betriebsart umschaltet. Das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 ist drehbar
durch eine zweite Welle 12 gelagert. Das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 wird
durch ein zweites Stellglied 7 angetrieben, das an dem
zweiten Gehäuse 2 montiert ist.
-
Das
zweite Gehäuse 2 weist einen quadratisch-rohrförmigen
Verbindungsabschnitt 24, einen zylindrischen Verbindungsabschnitt 25 und
einen quadratisch-rohrförmigen Verbindungsabschnitt 26 auf.
Der quadratisch-rohrförmige Verbindungsabschnitt 24 weist
eine erste Verbindungsfläche auf, die mit der zweiten Verbindungsfläche
des ersten Gehäuses 1 verbunden ist. Der zylindrische Verbindungsabschnitt 25 weist
eine zweite Verbindungsfläche auf, die mit dem EGR-Rohr
verbunden ist. Der quadratisch-rohrförmige Verbindungsabschnitt 26 weist
eine Verbindungsfläche auf, die mit einem Verbindungsabschnitt 27 des
EGR-Kühlers 3 verbunden ist. Das zweite Gehäuse 2 ist
mit einem Zwischenverbindungsrohr 29 angeordnet, durch
das das Maschinenkühlmittel in dem zweiten Gehäuse 2 in
den EGR-Kühler 3 strömt. Eine Ventileinheit
besteht aus dem ersten Steuerventil und einem zweiten Steuerventil.
-
Der
EGR-Kühler 3 kühlt das EGR-Gas durch einen
Wärmetausch mit dem Maschinenkühlmittel. Der EGR-Kühler 3 weist
ein Gehäuse und eine Vielzahl von flachen Rohren auf. Eine
innere Flosse ist innerhalb von jedem flachen Rohr angeordnet. Die andere
Struktur des EGR-Kühlers 3 ist nahezu die gleiche
wie in dem bekannten EGR-Kühler, der aus 6 ersichtlich
ist.
-
Das
Innere des EGR-Kühlers 3 ist in einen ersten Kernabschnitt
und einen zweiten Kernabschnitt unterteilt. Ein Einlasstank, ein
Auslasstank und ein Zwischentank sind in dem Gehäuse des EGR-Kühlers 3 definiert.
Der EGR-Kühler 3 ist mit einer Vielzahl von Kühlmitteldurchtritten
um die flachen Rohre angeordnet. Das Maschinenkühlmittel
rezirkuliert in den Kühlmitteldurchtritten. Das Gehäuse
weist den Verbindungsabschnitt 27 auf, der mit dem Verbindungsabschnitt 26 des
zweiten Gehäuses 2 verbunden ist.
-
Das
Zwischenverbindungsrohr 29 ist mit dem Gehäuse
des EGR-Kühlers 3 verbunden, um das Maschinenkühlmittel
in die Kühlmitteldurchtritte einzubringen. Außerdem
ist ein Auslassrohr 30 mit dem Gehäuse des EGR-Kühlers 3 verbunden,
um das Maschinenkühlmittel von dem EGR-Kühler 3 abzugeben.
Der EGR-Kühler 3 ist an dem zweiten Gehäuse 2 unter Verwendung
einer Vielzahl von Schrauben (nicht dargestellt) befestigt, wobei
der Verbindungsabschnitt 27 fest mit dem Verbindungsabschnitt 26 in
Eingriff ist. Ein Dichtteil wie zum Beispiel ein Dichtring oder
eine Packung können zwischen dem Verbindungsabschnitt 26 und
dem Verbindungsabschnitt 27 angeordnet sein.
-
Mit
Bezug auf 1 bis 3 wird im
Folgenden eine Ausführungsform des Abgasumschaltventils
detailliert beschrieben. Das Abgasumschaltventil hat das Gehäuse 2,
das Vierwege-Schmetterlingsventil 5, die Welle 12 und
das zweite Stellglied 7. Das Gehäuse 2 weist
vier Abgasöffnungen 31 bis 34 auf. Das
Vierwege-Schmetterlingsventil 5 ist drehbar auf eine solche
Weise in dem Gehäuse 2 aufgenommen, um den Verbindungszustand
zwischen vier Abgasöffnungen 31 bis 34 umzuschalten.
Die Welle 12 lagert das Vierwege-Schmetterlingsventil 5.
Das zweite Stellglied 7 erzeugt eine Antriebskraft, die
das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 antreibt. Das zweite Gehäuse 2 ist
aus einem metallischen Material wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung
hergestellt.
-
Die
Abgasöffnungen 31 bis 34 sind entsprechend
mit dem Abgasrohr, dem Einlassrohr der Maschine und dem Einlasstank,
dem Auslasstank des EGR-Kühlers 3 verbunden. Die
erste bis vierte Abgasöffnung 31 bis 34 entspricht
einer EGR-Gaseinlassöffnung 31, die mit dem Abgasrohr
der Maschine verbunden ist, einer EGR-Gasauslassöffnung 32,
die mit dem Einlassrohr der Maschine verbunden ist, einer Kühlereinlassöffnung 33,
die mit dem Einlasstank des EGR-Kühlers 3 verbunden
ist, und einer Kühlerauslassöffnung 34,
die mit dem Auslasstank des EGR-Kühlers 3 verbunden
ist. Die EGR-Gaseinlassöffnung 31 öffnet
sich an der ersten Verbindungsfläche des Verbindungsabschnitts 24.
Die EGR-Gasauslassöffnung 32 öffnet sich
an der zweiten Verbindungsfläche des Verbindungsabschnitts 24.
Die Kühlereinlassöffnung 33 und die Kühlerauslassöffnung 34 öffnen
sich nebeneinander an der Kühlerverbindungsfläche
des Verbindungsabschnitts 26.
-
Wie
aus 2 ersichtlich ist, verbindet der erste EGR-Gasdurchtritt 21 die
EGR-Gaseinlassöffnung 31 mit der Kühlereinlassöffnung 33 fluiddicht und
bringt das heiße EGR-Gas in dem zweiten Gehäuse 2 in
den EGR-Kühler 3 ein. Wie aus 2 ersichtlich
ist, verbindet der zweite EGR-Gasdurchtritt 22 die Kühlerauslassöffnung 34 mit
der EGR-Gasauslassöffnung 32 mit der Kühlereinlassöffnung 33 fluiddicht,
und bringt das gekühlte EGR-Gas in dem zweiten Gehäuse 2 in
das Einlassrohr der Maschine ein. Der zweite EGR-Gasdurchtritt 22 ist
mit Bezug auf eine Mittellinie der Kühlerauslassöffnung 34 geneigt.
-
Wie
aus 3 ersichtlich ist, verbindet der Umgehungsdurchtritt 23 die
EGR-Gaseinlassöffnung 31 mit der EGR-Gasauslassöffnung 32.
Das heiße EGR-Gas strömt durch den Umgehungsdurchtritt 23, um
den EGR-Kühler 3 zu umgehen und strömt
in das Einlassrohr der Maschine. Das zweite Gehäuse 2 ist aus
einem oberen Gehäuse 39 und einem unteren Gehäuse 39 aufgebaut.
Das obere und das untere Gehäuse 39, 39 sind
miteinander in Eingriff, um darin eine Ventilkammer zu definieren.
Die Ventilkammer nimmt das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 auf.
Das obere und das untere Gehäuse 39, 39 weisen
eine erste Aussparung 41 und eine zweite Aussparung 42 zwischen
Innenflächen des oberen und unteren Gehäuses 39 und
dem Vierwege-Schmetterlingsventil 5 auf, die an einer Position
positioniert sind, die nicht der Kühlposition entspricht.
Die erste Aussparung 41 und die zweite Aussparung 42 bilden
zwischen den Innenflächen der Gehäuse 39 einen
zweiten Freiraum. Der zweite Freiraum ist größer
als ein erster Freiraum, der später beschrieben werden
wird. Ein konvexer Vorsprung 43 ist zwischen der ersten
Aussparung 41 und der zweiten Aussparung 42 ausgebildet.
Der konvexe Vorsprung 43 erstreckt sich von den Innenflächen
des oberen und des unteren Gehäuses 39, 39 zu
der Ventilkammer.
-
Das
zweite Gehäuse 2 weist eine Trennwand 44 auf,
die die Kühlereinlassöffnung 33 und die
Kühlerauslassöffnung 34 trennt. Die Trennwand 44 erstreckt
sich von einer Kühlerverbindungsfläche des Verbindungsabschnitts 26 zu
einer Umgebung der Welle 12 des Vierwege-Schmetterlingsventils 5.
Die Trennwand 44 ist aus einem geraden Abschnitt und einem
geneigten Abschnitt zusammengesetzt. Der gerade Abschnitt der Trennwand 44 ist
mit einer Mittelebene des EGR-Kühlers 3 ausgerichtet,
der den Kernabschnitt des EGR-Kühlers 3 in den
ersten Kernabschnitt und den zweiten Kernabschnitt unterteilt. Der
geneigte Abschnitt ist mit Bezug auf den geraden Abschnitt zu dem
zweiten EGR-Gasdurchtritt 22 hin geneigt. Die Trennwand 44 weist
einen Vorsprung 45 auf, der zu dem Vierwege-Schmetterlingsventil 5 hin
vorspringt.
-
Das
Vierwege-Schmetterlingsventil 5 ist aus einem metallischen
Material wie zum Beispiel rostfreiem Stahl hergestellt. Das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 ist
drehbar in der Ventilkammer des zweiten Gehäuses 2 aufgenommen.
Das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 schwenkt auf der Welle 12, um
einen Verbindungszustand zwischen den Gasöffnungen 31 bis 34 zu ändern.
Das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 kann fortlaufend die Öffnungsgrade des
ersten und zweiten EGR-Gasdurchtritts 21, 22 und
des Umgehungsdurchtritts 23 anpassen, so dass ein Mischverhältnis
zwischen einem gekühlten EGR-Gas, das durch den EGR-Kühler 3 durchgetreten
ist, und einem heißen EGR-Gas, das durch den Umgehungsdurchtritt 23 durchgetreten ist,
geeignet variiert werden kann. Somit kann die Temperatur des EGR-Gases,
die zu dem Einlassrohr rezirkuliert wird, gesteuert werden.
-
Wie
aus 2 ersichtlich ist, weist das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 während
der gekühlten Betriebsart eine Funktion einer Trennwand
auf, die das Innere des zweiten Gehäuses 2 in
den ersten EGR-Gasdurchtritt 21 und den zweiten EGR-Gasdurchtritt 22 unterteilt.
Wie aus 3 ersichtlich ist, weist das
Vierwege-Schmetterlingsventil 5 während der heißen
Betriebsart eine Funktion einer Trennwand auf, die das Innere des
zweiten Gehäuses 2 in den Umgehungsdurchtritt 23,
die Kühlereinlassöffnung 33 und die Kühlerauslassöffnung 34 unterteilt.
-
Das
Vierwege-Schmetterlingsventil 5 dreht kontinuierlich von
einer „Umgehung-vollständig-geschlossen-Position” zu
einer „Umgehung-vollständig-geöffnet-Position”.
In der „Umgehung-vollständig-geschlossen-Position” entspricht
die Menge des gekühlten EGR-Gases dem maximalen Wert. In
der „Umgehung-vollständig-geöffnet-Position” entspricht die
Menge des heißen EGR-Gases dem maximalen Wert. Das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 ist
ein quadratförmiges Schmetterlingsventil, das die Welle 12,
einen durch die Welle 12 gelagerten Mittelabschnitt 13,
eine erste Ventilplatte 14 und eine zweite Ventilplatte 15 aufweist.
-
Der
Mittelabschnitt 13 ist bogenförmig und auf eine
solche Weise an einem Ventilhalteabschnitt der Welle 12 befestigt,
dass er den Ventilhalteabschnitt umgibt. Die ersten und zweiten
Ventilplatten 14, 15 sind quadratförmig
und erstrecken sich in einer radialen Richtung der Welle 12 von
dem Mittelabschnitt 13. Ein Flächenverhältnis
zwischen der ersten Ventilplatte 14 und der zweiten Ventilplatte 15 kann mit
10:2–10:10 eingestellt sein. In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Fläche der ersten Ventilplatte 14 gleich
der Fläche der zweiten Ventilplatte 15.
-
Das
zweite Gehäuse 2 weist eine Öffnung 51 auf,
die in der gekühlten Betriebsart durch die zweite Ventilplatte 15 geschlossen
ist. Zwischen einer Umgebung der zweiten Ventilplatte 15 und
einer inneren Umgebung der Öffnung 51 ist der
erste Freiraum ausgebildet, damit das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 gleichmäßig
in der Ventilkammer des zweiten Gehäuses 2 drehen
kann, ohne eine negative Auswirkung wegen Herstellungstoleranzen
und einem Unterschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu
empfangen.
-
Die
erste Ventilplatte 14 weist einen überlappenden
Abschnitt 52 auf, der die Trennwand 44 in der gekühlten
Betriebsart überlappt. Das Flächenverhältnis
zwischen der ersten Ventilplatte 14 und dem überlappenden
Abschnitt 52 ist als 10:9–10:10 eingestellt. Der überlappende
Abschnitt 52 weist einen Berührungsabschnitt 53 auf,
der in der gekühlten Betriebsart in Berührung
mit dem Vorsprung 45 gebracht wird. Eine Berührungsposition
des Berührungsabschnitts 53 und des Vorsprungs 45 liegt
nahe an der Welle 12. Der Vorsprung 45 ist durch
einen Oberflächenkontakt oder einen Linienkontakt einer
Oberfläche und einer Kante in Berührung mit dem
Berührungsabschnitt 53. In der vorliegenden Ausführungsform
ist der Vorsprung 45 mit dem Berührungsabschnitt 53 in
einer Richtung parallel zu der Welle 12 entlang einer Ventilbreite
in Berührung. Der Vorsprung 45 ist ein Ventilsitz
für die erste Ventilplatte 14 in der gekühlten
Betriebsart. In der gekühlten Betriebsart bilden die Trennwand 44 und
der überlappende Abschnitt 52 eine Doppelwandstruktur.
-
Die
Welle 12 ist aus einem metallischen Material wie zum Beispiel
aus rostfreiem Stahl hergestellt. Die Welle 12 durchdringt
das zweite Gehäuse 2. Das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 ist
mit einem Ende der Welle 12 verbunden und ein zweites Stellglied 7 ist
mit dem anderen Ende der Welle 12 verbunden. Das zweite
Stellglied 7 ist ein Unterdruckventil, das mittels eines
Unterdrucks eine Antriebskraft erzeugt. Das zweite Stellglied weist
eine Stange 61 auf, die sich gerade erstreckt. Die Stange 61 ist mit
einer Gelenkplatte 62 verbunden, die eine lineare Bewegung
der Stange 61 in eine drehende Bewegung der Welle 12 umwandelt.
Die Gelenkplatte 62 weist an ihrem Ende einen Stift 63 auf,
und die Stange 61 weist an ihrem Ende einen Eingriffsabschnitt 64 auf.
Der Stift 63 ist mit dem Eingriffsabschnitt 64 in Eingriff.
Der Endabschnitt der Welle 12, der von einem Stecker 65 vorragt,
ist mit einem Mittelabschnitt der Gelenkplatte 62 verbunden.
-
Das
zweite Stellglied 7 weist eine Membran auf, das eine Unterdruckkammer
und eine Umgebungsdruckkammer definiert. Eine Feder, die das Diaphragma
in eine Richtung vorspannt, ist in dem zweiten Stellglied 7 aufgenommen.
Ein Unterdruckeinbringungsrohr ist mit der Unterdruckkammer verbunden,
um den Unterdruck einer elektrischen Unterdruckpumpe durch ein Unterdrucksteuerventil
in die Unterdruckkammer einzubringen.
-
Die
Membran wird in ihrer Dickenrichtung so verschoben, dass die Stange 61 sich
in ihre axiale Richtung bewegt. Die Bewegung der Stange 61 wird durch
die Gelenkplatte 62 zu der Welle 12 übertragen,
wodurch die Welle 12 um einen vorbestimmten Drehwinkel
dreht. Das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 ändert
seine Ventilposition. Das zweite Stellglied 7 ist durch
eine Klammer 66 an dem oberen Gehäuse 39 befestigt.
Der Elektromotor des ersten Stellglieds 6, das Unterdrucksteuerventil
und die Unterdruckpumpe des zweiten Stellglieds 7 werden
durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) elektrisch gesteuert.
Die ECU hat einen Mikrocomputer, der aus einer zentralen Verarbeitungseinheit
(CPU), einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Arbeitsspeicher (RAM), einem
Eingabeschaltkreis und einem Ausgabeschaltkreis besteht.
-
Wenn
ein Zündschalter eingeschaltet wird, steuert die ECU den
ersten Steuerventilkörper 4 und das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 gemäß in
den Speichern gespeicherten Steuerprogrammen. Sensorsignale von
jedem Sensor werden nach einer A/D-Umwandlung in den Mikrocomputer
eingegeben. Ein Kurbelwinkelsensor, ein Beschleunigerpositionssensor,
ein Kühlmitteltemperatursensor, ein Einlasslufttemperatursensor,
ein EGR-Gasmengensensor und ein EGR-Gastemperatursensor sind mit
dem Mikrocomputer verbunden.
-
[Betrieb der ersten Ausführungsform]
-
Mit
Bezug auf 1 bis 3 wird im
Folgenden ein Betrieb des EGR-Kühlermoduls kurz beschrieben.
-
Wenn
der Zündschalter gedreht wird, um die Maschine anzulassen,
regelt die ECU einen elektrischen Strom, der dem Elektromotor des
ersten Stellglieds 6 zugeführt wird, auf eine
solche Weise, dass die tatsächliche EGR-Menge mit einer Soll-EGR-Menge übereinstimmt.
Wenn der Elektromotor mit Energie beaufschlagt wird, wird die Antriebskraft
des Motors so zu der Welle übertragen, dass der erste Steuerventilkörper 4 von
einer vollständig geschlossenen Position zu einer geöffneten Position
bewegt wird. Der erste Steuerventilkörper 4 ist
an einer bestimmten Position entsprechend einem Sollsteuerwert positioniert.
Ein Teil des Abgases, das aus der Brennkammer der Maschine abgegeben wird,
wird von dem Abgasrohr durch den ersten EGR-Gasdurchtritt 21,
den EGR-Kühler 3, den zweiten EGR-Gasdurchtritt 22 zu
dem Einlassrohr rezirkuliert.
-
Wenn
die Last der Maschine mittel oder hoch ist, wird das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 in
eine gekühlte Position gebracht. Wenn das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 in
die gekühlte Position umgeschaltet wird, wird das Innere
des zweiten Gehäuses 2 in die gekühlte
Betriebsart umgeschaltet. Wie aus 2 ersichtlich
ist, wird das Abgas während der gekühlten Betriebsart
durch die EGR-Gaseinlassöffnung 31, den ersten
EGR-Gasdurchtritt 21, die Kühlereinlassöffnung 33,
den EGR-Kühler 3 (den Einlasstank, den ersten
Kernabschnitt, den Mitteltank, den zweiten Kernabschnitt, und dem
Auslasstank), die Kühlerauslassöffnung 34,
den zweiten EGR-Gasdurchtritt 22 und die EGR-Gasauslassöffnung 32 zu
dem Einlassrohr rezirkuliert.
-
Das
EGR-Gas wird durch den EGR-Kühler 3 gekühlt,
und dann in dem Einlassrohr mit der Einlassluft gemischt. Das gekühlte
EGR-Gas weist eine niedrige Temperatur und eine niedrige Dichte
auf. Dabei wird die Verbrennungstemperatur verringert, ohne die
Leistung der Maschine zu verschlechtern. Die Menge von schädlichen
Stoffen wie zum Beispiel NOx, die in dem Abgas enthalten sind, kann
reduziert werden. Da außerdem das rezirkulierte EGR-Gas durch
den EGR-Kühler 3 gekühlt wird, wird der
Füllwirkungsgrad des EGR-Gases in der Maschine verbessert
und der Wirkungsgrad der Emissionenreduktion verbessert.
-
Wenn
die Maschinenlast niedrig ist, oder wenn sich die Maschine in einem
Leerlaufzustand befindet, wird das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 in eine
heiße Position gebracht. Wenn das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 in
die heiße Position umgeschaltet wird, wird das Innere des
zweiten Gehäuses 2 in die heiße Betriebsart
umgeschaltet. Wie aus 3 ersichtlich ist, wird das
Abgas während der heißen Betriebsart durch die
EGR-Gaseinlassöffnung 31, den Umgehungsdurchtritt 23 (die Öffnung 51)
und die EGR-Gasauslassöffnung 32 zu dem Einlassrohr rezirkuliert.
Dabei wird die Einlassluft, wenn die Maschine sich im Leerlauf befindet,
ausreichend aufgewärmt, so dass die Brennbarkeit des Kraftstoffs
verbessert wird und die Erzeugung von Kohlenwasserstoffen (HC) und
weißem Rauch verhindert ist.
-
[Vorteile der ersten Ausführungsform]
-
Gemäß der
ersten Ausführungsform erstreckt sich die Trennwand 44 von
einer Kühlerbefestigungsfläche des Verbindungsabschnitts 26 zu
der Umgebung der Welle 12. Die erste Ventilplatte 14 weist
den überlappenden Abschnitt 52 auf, der die Trennwand 44 in
der gekühlten Betriebsart überlappt. Somit kann
ein Ausströmen von EGR-Gas von der ersten Ventilplatte 14 reduziert
werden.
-
4 zeigt
ein Ergebnis eines Ausströmversuchs mit Bezug auf das Abgasumschaltventil,
das die Trennwand 44 und den Vorsprung 45 aufweist (die
erste Ausführungsform), ein Abgasumschaltventil, das die
Trennwand 44 und keinen Vorsprung (ein Vergleichsbeispiel)
aufweist, und ein Abgasumschaltventil, das keine Trennwand aufweist.
Wie aus 4 ersichtlich ist, ist eine
ausströmende Menge des EGR-Gases um ΔβL/min
geringer als die des Abgasumschaltventils, das keine Trennwand aufweist. Eine
ausströmende Menge in der ersten Ausführungsform
ist um ΔαL/min (> Δβ)
geringer als die des Abgasumschaltventils, das keine Trennwand aufweist.
-
Gemäß der
ersten Ausführungsform kann die Ausströmmenge
des EGR-Gases aus dem ersten EGR-Gasdurchtritt 21 zu dem
zweiten EGR-Gasdurchtritt reduziert werden, wenn das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 in
der gekühlten Position positioniert ist. Deswegen kann
ein Anstieg der Temperatur des Abgases, das aus der EGR-Gasauslassöffnung 32 ausströmt,
und ein Anstieg der Temperatur des gekühlten EGR-Gases,
das durch den EGR-Kühler 3 durchtritt, beschränkt
werden, so dass eine Verschlechterung des Reduktionswirkungsgrads
der Emissionen vermieden werden kann.
-
Das
Flächenverhältnis zwischen der ersten Ventilplatte 14 und
der zweiten Ventilplatte 15 ist als 10:2–10:10
gesetzt. Da die Fläche der ersten Ventilplatte 14 in
der ersten Ausführungsform gleich der Fläche der
zweiten Ventilplatte 15 ist, sind die Flächen,
in denen die Schwankungen der Abgasdrücke aufgenommen werden,
in jeder Ventilplatte 14, 15 gleich. Somit ist
das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 gegen den schwankenden
Abgasdruck stabil. Die Menge des heißen EGR-Gases, das
aus dem ersten EGR-Gasdurchtritt 21 zu dem zweiten EGR-Gasdurchtritt 22 ausströmt,
kann in der gekühlten Betriebsart reduziert werden. Deswegen
kann ein Anstieg der Temperatur des Abgases, das aus der EGR-Gasauslassöffnung 32 ausströmt,
und ein Anstieg der Temperatur des gekühlten EGR-Gases,
das durch den EGR-Kühler 3 durchtritt, beschränkt
werden, so dass eine Verschlechterung des Reduktionswirkungsgrads
der Emissionen vermieden werden kann.
-
Außerdem
weist die erste Ventilplatte 14 einen Berührungsabschnitt 53 auf,
der mit dem Vorsprung 45 der Trennwand 44 in der
gekühlten Betriebsart in Berührung gebracht wird.
Die Berührungsposition des Vorsprungs 45 und der
Berührungsabschnitt 53 ist in einem Bereich der
Welle 12 ausgebildet. Das Ausströmen von heißem
EGR-Gas aus dem ersten EGR-Gasdurchtritt 21 in den zweiten EGR-Gasdurchtritt 22 kann
in der gekühlten Betriebsart vermieden werden.
-
Die
erste und die zweite Aussparung 41, 42 sind an
den Innenflächen des oberen und unteren Gehäuses 39, 39 ausgebildet,
um den zweiten Freiraum zwischen dem Vierwege-Schmetterlingsventil 5 und
den Gehäusen 39 zu definieren. Da die meisten anhaftenden
Ablagerungen in den ersten und zweiten Aussparungen 41, 42 angesammelt
sind, kann das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 einfach
aus der gekühlten Betriebsart in die heiße Betriebsart
drehen, ohne in den Ablagerungen stecken zu bleiben. Somit kann
ein Betriebsdefekt des Vierwege-Schmetterlingsventils 5 vermieden
werden.
-
[Zweite Ausführungsform]
-
5 zeigt
ein Vierwege-Schmetterlingsventil 5 gemäß der
zweiten Ausführungsform. Das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 ist
drehbar in einer Ventilkammer des Gehäuses 2 aufgenommen.
Das zweite Stellglied 7 dreht das Vierwege-Schmetterlingsventil 5 durch
die Welle 12.
-
Die
Trennwand 44 weist einen Vorsprung 45 auf, der
zu dem Vierwege-Schmetterlingsventil 5 hin vorspringt.
Der Vorsprung 45 kann mit dem Berührungsabschnitt 53 in
Berührung gebracht werden, der an dem überlappenden
Abschnitt 52 der ersten Ventilplatte 14 angeordnet
ist. Der Vorsprung 45 weist eine flache Fläche
auf, an der der Berührungsabschnitt 53 in Berührung
gebracht wird. Die erste Ventilplatte 14, der überlappende
Abschnitt 52 und der Berührungsabschnitt 53 weisen
flache Flächen auf, die zu der Trennwand 44 gerichtet
sind. Die Berührungsposition des Vorsprungs 45 und
der Berührungsabschnitt 53 sind in einem Bereich
der Welle 12 ausgebildet. Der Vorsprung 45 und
der Berührungsabschnitt 53 können miteinander
in der gekühlten Betriebsart durch eine Oberflächenberührung
in Berührung gebracht werden. Der Vorsprung 45 weist
eine Funktion als Ventilsitz für die erste Ventilplatte 14 auf. In
der gekühlten Betriebsart bilden die Trennwand 44 und
der überlappende Abschnitt der ersten Ventilplatte 14 eine
Doppelwandstruktur.
-
[Abänderung]
-
In
den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das
zweite Stellglied ein Unterdruckventil, das ein Unterdrucksteuerventil
und eine elektrische Unterdruckpumpe aufweist. Alternativ kann das
zweite Stellglied 7 ein elektrisches Stellglied oder ein
elektromagnetisches Stellglied sein, das einen Elektromotor und
einen Reduktionsgetriebemechanismus aufweist. Eine Feder, die das
Vierwege-Schmetterlingsventil 5 vorspannt, um den Umgehungsdurchtritt 23 zu
schließen, kann in dem zweiten Gehäuse 2 angeordnet
sein.
-
Das
erste Steuerventil muss nicht in dem EGR-Kühlermodul montiert
sein. Das erste Steuerventil kann stromabwärts von dem
EGR-Kühler 3 liegend angeordnet sein. In den voranstehend
beschriebenen Ausführungsformen ist der EGR-Kühler 3 einer
der Bauart mit U-förmiger Strömung. Alternativ
kann der EGR-Kühler 3 auf eine solche Weise ausgelegt
sein, dass das EGR-Gas in einer S- oder I-Strömung strömt.
In diesem Fall sind der Auslasstankabschnitt des EGR-Gaskühlers 3 und
die Kühlerauslassöffnung 34 miteinander
durch ein Rohr verbunden, das keine Funktion eines Wärmetauschs aufweist.
-
In
den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen ist der
Vorsprung 45 einstückig mit der Trennwand 44 ausgebildet.
Alternativ kann der Vorsprung 45 unabhängig ausgebildet
sein, und dann an der Trennwand 44 befestigt werden. Alternativ
kann er ausgelegt sein, dass die Trennwand 44 und der überlappende
Abschnitt 52 miteinander durch eine Oberflächenberührung
in Berührung sind. In der Kühlerbetriebsart kann
eine Labyrinthstruktur zwischen der Trennwand 44 und dem überlappenden
Abschnitt 52 ausgebildet sein.
-
Eine
Trennwand (44), die eine Kühlereinlassöffnung
(33) und eine Kühlerauslassöffnung (34)
abteilt, erstreckt sich von einer Kühlerverbindungsfläche
eines Verbindungsabschnitts (26) zu einem Bereich einer
Welle (12), an der ein Vierwege-Schmetterlingsventil (5)
gelagert ist. Ein Ausströmen von EGR-Gas um eine erste
Ventilplatte (14) kann beschränkt werden. Somit
kann ein Anstieg der Temperatur des EGR-Gases, das durch eine EGR-Gasauslassöffnung
(32) strömt, in einer gekühlten Betriebsart
beschränkt werden. Eine Verschlechterung eines Reduktionswirkungsgrads
der Emissionen kann vermieden werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006-084867
A1 [0003]