DE102012221621A1

DE102012221621A1 - Ventil

Info

Publication number: DE102012221621A1
Application number: DE102012221621.9A
Authority: DE
Inventors: Carsten Mikolajek
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2014-06-12
Also published as: CN104813083A; WO2014082983A1; US9803591B2; US20150292446A1; EP2926039A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil zur Regelung zweier Gasströme mit einem Gehäuse 1, zwei in dem Gehäuse angeordneten Kanälen 2, 3 zum Leiten jeweils eines Gases, einer in dem ersten Kanal 2 angeordneten ersten Klappe 7 zum Öffnen und Schließen des ersten Kanals 2, wobei die erste Klappe 7 auf einer Welle 8 drehbar angeordnet ist, einem Elektromotor zum Betätigen der Welle 8, einer zweiten Klappe 9 zum Öffnen und Schließen des zweiten Kanals 3 und einem dritten Kanal 4, in den der erste und zweite Kanal 2, 3 münden. An der ersten Klappe 7 ist ein Verbindungselement 10 angeordnet, und diese ist mit der zweiten Klappe 9 verbunden.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil zur Regelung zweier Gasströme mit einem Gehäuse, zwei in dem Gehäuse angeordneten Kanälen zum Leiten jeweils eines Gases, einer in dem ersten Kanal angeordneten ersten Klappe zum Öffnen und Schließen des ersten Kanals, wobei die erste Klappe auf einer Welle drehbar angeordnet ist, einem Elektromotor zum Betätigen der Welle, einer zweiten Klappe zum Öffnen und Schließen des zweiten Kanals und einem dritten Kanal, in den der erste und zweite Kanal mündet.
Derartige Gehäuse werden als Mischventile in Kraftfahrzeugen, insbesondere als Abgasrückführventile eingesetzt und sind allgemein bekannt. Derartige Ventile besitzen einen Kanal für die angesaugte Frischluft und einen zweiten Kanal für das Abgas. In jedem Kanal ist eine Klappe angeordnet, welche durch Verschwenken den jeweiligen Kanalquerschnitt öffnet oder verschließt. Stromabwärts der beiden Klappen münden die beiden Kanäle in einen dritten Kanal, in dem die Gasströme der beiden Kanäle zusammengeführt werden. Für die Zumischung des Abgases zur Ansaugluft ist nach einem bestimmten Regime, bei dem jedem Schwenkwinkel der ersten Klappe ein bestimmter Schwenkwinkel der zweiten Klappe zugeordnet ist. Damit muss die Ansteuerung der zweiten Klappe immer in Abhängigkeit der ersten Klappe erfolgen. Aus diesem Grund ist es bekannt, eine Klappe mit einem elektromotorischen Antrieb und die zweite Klappe über ein Zahnradgetriebe anzusteuern. Das Zahnradgetriebe ist ebenfalls mit dem elektromotorischen Antrieb verbunden, so dass der elektromotorische Antrieb beide Klappen ansteuert. Das Zahnradgetriebe ist jedoch so gestaltet, dass das Verschwenken der zweiten Klappe in Abhängigkeit der ersten Klappe gemäß dem vorgegebenen Regime erfolgt. Nachteilig dabei ist, dass der Aufwand für das Zahnradgetriebe sehr hoch ist. Neben den vielen zusätzlichen Getriebebauteilen ist auch der gehäuseseitige Aufwand mit den vielen Lagerstellen nicht unerheblich. Zudem erfordert ein solches Getriebe zusätzlichen Bauraum.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einfacher aufgebaut ist. Insbesondere soll die Anzahl der erforderlichen Bauteile reduziert werden.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass an der ersten Klappe ein Verbindungselement angeordnet ist, und dass das Verbindungselement mit der zweiten Klappe verbunden ist.
Mit dem Verbindungselement wird die zweite Klappe in Bezug auf die erste Klappe und zum Gehäuse positioniert. Desweiteren wird mit dem Verbindungselement der Schwenkwinkel der zweiten Klappe in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel der ersten Klappe nach einem vorgegebenen Bewegungsregime bestimmt. Während bisherige Koppelmechanismen ausgehend von der Welle einer Klappe die Bewegung gemäß des vorgegebenen Bewegungsregimes auf die Welle der anderen Klappe übertragen, wird mit diesem Ventil die Bewegung einer Klappe direkt auf die zweite Klappe übertragen. Damit entfällt nicht nur der Koppelmechanismus zwischen den beiden Wellen, sondern auch die Welle für die zweite Klappe. Das erfindungsgemäße Ventil zeichnet sich durch den Wegfall eines Koppelmechanismuses, der zweiten Welle und deren Lagerung durch besonders wenige Bauteile aus. Dadurch ist dieses Ventil sehr kompakt und benötigt wenig Bauraum. Infolge der wenigen Bauteile ist die Montage sehr einfach und das Ventil besitzt ein geringes Gewicht.
Eine besonders einfache Montage ist gegeben, wenn das Verbindungselement mit beiden Klappen lösbar verbunden ist. Im einfachsten Fall sind die Bauteile miteinander verschraubt oder über Rast- und Steckverbindungen miteinander verbunden. In dieser Ausgestaltung besitzen sowohl die Klappen als auch das Verbindungselement einen relativ einfachen Aufbau.
In einer anderen Ausgestaltung ist das Verbindungselement mit mindestens einer Klappe, einteilig ausgebildet. Das Verbindungselement wird dabei zusammen mit der mindestens einen Klappe hergestellt, so dass keine zusätzliche Montage von Klappe und Verbindungselement erforderlich ist. Bei einem Ventil mit zwei Klappen ist es besonders vorteilhaft, wenn beide Klappen und das Verbindungelement ein Bauteil sind. Auch bei unterschiedlicher Klappengestaltung lässt sich ein solches Bauteil relativ einfach beispielsweise aus Druckguß oder mittels Spritzgießen herstellen. Somit entfällt die Montage zwischen den Klappen und dem Verbindungsteil.
In einer weiteren Ausgestaltung bestehen die beiden Klappen aus dem gleichen Werkstoff. Das hat den Vorteil, dass gegebenenfalls eine Bauform für beide Klappen verwendet werden kann.
In einer anderen Ausgestaltung bestehen beide Klappen aus unterschiedlichen Werkstoffen. Dies können sowohl unterschiedliche Metalle, Metalllegierungen und Kunststoffe sein. Es ist aber auch möglich eine Klappe aus einem Metall oder einer Metalllegierung und die andere Klappe aus einem Kunststoff herzustellen. Aufgrund der thermischen Belastung ist es vorteilhaft die Klappe im Abgaskanal aus Metall herzustellen, während die Klappe im Ansaugkanal aus Kunststoff bestehen kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht das Verbindungselement aus dem gleichen Werkstoff wie mindestens eine der beiden Klappen. Dies ermöglicht es, das Verbindungselement zusammen mit einer Klappe als ein Bauteil herzustellen. Insbesondere wenn Verbindungselement und Klappe aus Kunststoff bestehen, lassen sie sich besonders einfach und mit vielen Gestaltungsmöglichkeiten mittels Spritzgießen herstellen.
Je nach Bewegungsablauf des Verschwenkens der zweiten Klappe ergeben sich größere Dichtbereiche als bei einer drehbar auf einer Welle angeordneten Klappe. Um auch in diesen Fällen ein zuverlässiges Abdichten des Kanals zu gewährleisten besitzt die zweite Klappe eine rechteckförmige Form, während der zweite Kanal zumindest im Schwenkbereich der zweiten Klappe einen korrespondierenden rechteckförmigen Kanalquerschnitt besitzt.
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen in:
1 das Gehäuse eines Abgasrückführventils,
2 ein Diagramm mit den Öffnungscharakteristiken beider Klappen und
3–5 verschiedene Stellungen der Klappen des Ventils nach 1.
Das Abgasrückführventil in 1 besteht aus einem Gehäuse 1, welches einen ersten Kanal 2 und einen zweiten Kanal 3 und einen dritten Kanal 4 besitzt. Der erste Kanal 2 ist der Abgaskanal, über den das Abgas der Ansaugluft zugeführt werden kann. Der zweite Kanal 3 ist der Ansaugkanal, über den die angesaugte Luft geleitet wird. Der dritte Kanal 4 ist der Mischkanal, über den die beiden Gasströme weitergeleitet werden. Der Abgaskanal 2 besitzt einen runden Querschnitt, während der Ansaugkanal 3 und der Mischkanal 4 einen rechteckförmigen Querschnitt besitzen. Es ist auch möglich, dass in Abhängigkeit von der Geometrie der anzuschließenden Leitungen der Einlass 5 des Ansaugkanals 3 und der Auslass 6 des Mischkanals 4 ebenfalls einen runden Querschnitt aufweisen. Der rechteckförmige Kanalquerschnitt beider Kanäle 3, 4 wäre in diesem Fall auf den Mittelteil des Gehäuses 1 beschränkt. Darüber hinaus sind aber auch andere Kanalquerschnitte, z. B. halbkreis- oder dreieckförmig, denkbar. Ebenso kann anstelle eines einteiligen Gehäuses ein mehrteiliges Gehäuse, insbesondere für den Abgas- und Ansaugkanal zum Einsatz kommen.
Im Abgaskanal 2 ist eine erste Klappe 7 drehbar auf einer Welle 8 angeordnet. Die Welle 7 ist im Gehäuse 1 gelagert und mit einem nicht dargestellten elektrischen Antrieb verbunden, der ebenfalls im Gehäuse 1 angeordnet ist.
2 zeigt das Regelregime von Abgas und angesaugter Luft, welches mit diesem Abgasrückführventil erzeugt werden soll. Ausgehend von einem Öffnungsquerschnitt (senkrechte Achse) von 100 % der Ansaugluft (durchgehende Linie) und 0 % des Abgases (gestrichelte Linie) soll der Öffnungsquerschnitt der Ansaugluft bis zu einem Öffnungsquerschnitt von 40 % für das Abgas unverändert bleiben. Die Klappen wurden bis zu diesem Punkt um 45° (waagerechte Achse) verschwenkt. Erst bei einem weiteren Ansteigen des Öffnungsquerschnitt des Abgases soll der Öffnungsquerschnitt der Ansaugluft verringert werden, wobei der Öffnungsquerschnitt des Ansaugluft nicht kleiner als 30 % bei vollständig geöffneter erster Klappe 7 im Abgaskanal 2 werden soll.
Die folgenden Figuren zeigen das geschnittene Gehäuse 1 mit den Kanälen 2–4 und den Klappen 7, 9. Die erste Klappe 7 ist auf der Welle 9 drehbar angeordnet. An der stromabwärts gerichteten Seite der Klappe 7 ist ein als Steg ausgebildetes Verbindungselement 10 einteilig angeformt. Auf der anderen Seite des Verbindungselements 10 ist die zweite Klappe 9 einteilig angeformt. Die Klappen 7, 9 und der Steg 10 bilden ein integrales Bauteil, welches aus Kunststoff mittels Spritzgießen hergestellt ist. Die zweite Klappe 9 besitzt auf der dem Steg 10 zugewandten Seite eine rechtwinklig abgewinkelte Kante 11. Die Kante 11 soll verhindern, dass in einer Klappenstellung nach 4 die Ansaugluft über die dem Abgaskanal 2 zugewandte Kante zum Mischkanal 4 strömt. Weiter kann die Kante 11 als Anschlag zur Begrenzung der Schwenkbewegung der Klappen dienen. Im vorliegenden Fall legt sich die Kante 11 an den Kanal an. Dieser dient als Anlagepunkt für die Kante 11.
In der in 3 gezeigten Darstellung verschließt die erste Klappe 7 den Abgaskanal 2, während die zweite Klappe 9 den Ansaugkanal 3 vollständig frei gibt. Die zweite Klappe 9 ist in dieser Position vollständig in dem Übergang des Abgaskanals 2 zum Mischkanal 4 positioniert, so dass die Ansaugluft ohne Behinderungen zum Mischkanal 4 strömt.
In 4 gibt die erste Klappe 7 den Öffnungsquerschnitt des Abgaskanals 2 zu 40 % frei. Bei diesem Schwenkwinkel der ersten Klappe wurde die zweite Klappe 9 soweit in Richtung des Ansaugkanals 3 verschwenkt, dass sie ihn gerade noch vollständig offen lässt. Werden die Klappen 7, 9 weiter verschwenkt, stößt die Kante 11 als Anschlag an die Kanalwandung. In dieser Stellung ist die erste Klappe 7 vollständig geöffnet und die zweite Klappe 9 in ihrer maximalen Schließstellung. Aufgrund des größeren Querschnitts des Ansaugkanals 3 ist die Ansaugluft auf 30 % gedrosselt. Die in den Kanal hinein ragende Kante 12 ist in Strömungsrichtung gebogen. Damit wird der Strömungswiderstand in Schließstellung reduziert.

Claims

Ventil zur Regelung zweier Gasströme mit einem Gehäuse, zwei in dem Gehäuse angeordneten Kanälen zum Leiten jeweils eines Gases, einer in dem ersten Kanal angeordneten ersten Klappe zum Öffnen und Schließen des ersten Kanals, wobei die erste Klappe auf einer Welle drehbar angeordnet ist, einem Elektromotor zum Betätigen der Welle, einer zweiten Klappe zum Öffnen und Schließen des zweiten Kanals und einem dritten Kanal, in den der erste und zweite Kanal mündet, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Klappe (7) ein Verbindungselement (10) angeordnet ist, und dass das Verbindungselement (10) mit der zweiten Klappe (9) verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (10) mit beiden Klappen (7, 9) lösbar verbunden ist.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (10) mit mindestens einer Klappe (7, 9), vorzugsweise der Klappe (9) des Ansaugkanals (3), einteilig ausgebildet ist.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Klappen (7, 9) aus dem gleichen Werkstoff bestehen.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Klappen (7, 9) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (10) aus dem gleichen Werkstoff wie eine der beiden Klappen (7, 9) besteht.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Klappe (9) eine rechteckförmige Form besitzt und dass der zweite Kanal (3) zumindest im Schwenkbereich der zweiten Klappe (9) einen korrespondierenden rechteckförmigen Kanalquerschnitt besitzt.
Ventil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Klappen (7, 9) einen Anschlag (11) besitzt.