DE102012224093A1

DE102012224093A1 - Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012224093A1
Application number: DE102012224093.4A
Authority: DE
Inventors: Sybille Montigny; Joachim von Willich; Peter Kohlen
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-06-26
Also published as: CN104870796A; US10221814B2; US20160195044A1; WO2014095404A1; EP2935850A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse 1 einem in dem Gehäuse 1 befindlichen Strömungskanal 2, einer in dem Strömungskanal 2 angeordneten Klappe 3 zum Verschließen des Strömungskanals 2, wobei die Klappe 3 Bereiche besitzt, in denen eine die Klappe 3 durchdringende Achse 4 befestigt ist, und die Achse 4 drehbar in dem Gehäuse 1 gelagert ist und einem im Strömungskanal 2 angeordneten Ventilsitz 8, der in Schließstellung der Klappe 3 mit dieser in Kontakt steht. Zumindest ein zum Ventilsitz 8 benachbarter Abschnitt des Strömungskanals 2 weist einen kleineren Querschnitt als der Innendurchmesser des Ventilsitzes 8 auf.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal, einer in dem Strömungskanal angeordneten Klappe zum Verschließen des Strömungskanals, wobei die Klappe an einer Achse befestigt ist, die Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und einem im Strömungskanal angeordneten Ventilsitz, der in Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht.
Derartige Ventilvorrichtungen finden beispielsweise als Drosselklappenstutzen oder Abgasrückführventilen Verwendung und sind seit langem bekannt. Durch die drehbar gelagerte Klappe ist es möglich, den Strömungskanal vollständig zu verschließen oder derart zu öffnen, dass ein maximaler Massendurchsatz erfolgt. Dementsprechend ist die Ventilvorrichtung nach dem maximalen Massendurchsatz und damit nach dem freien Strömungsquerschnitt im Bereich der Klappe ausgelegt. Hinsichtlich der Regelung des Massendurchsatzes besteht die größte Schwierigkeit darin, beim minimalen Massendurchsatz, bei dem die Klappe aus dem geschlossenen Zustand lediglich wenige Grad verschwenkt wird, eine hinreichende Regelgüte zu erzielen. Hierfür ist eine sorgfältige Abstimmung hinsichtlich der Geometrie und der Materialpaarungen zwischen der Klappe und dem Strömungskanal erforderlich. Dazu ist es bekannt, im Bereich der Schließstellung der Klappe einen Ventilsitz im Strömungskanal anzuordnen, der entsprechend auf die Klappe und gegebenenfalls auf die am Umfang der Klappe angeordnete Dichtung abgestimmt ist. Nachteilig hierbei ist, dass für verschiedene Anforderungen, die einen unterschiedlichen Maximaldurchsatz erfordern, jeweils unterschiedliche Ventilvorrichtungen mit entsprechend abgestimmten Klappen und Ventilsitzen bereitgestellt werden müssen. Aufgrund der exakten Abstimmung gestalten sich die verschiedenen Ventilvorrichtungen sehr aufwändig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung zu schaffen, mit der unterschiedliche maximale Massendurchsätze mit geringem Aufwand mit nur einem Strömungskanalquerschnitt realisiert werden können.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass zumindest ein zum Ventilsitz benachbarter Abschnitt des Strömungskanals einen kleineren Querschnitt als der Innendurchmesser des Ventilsitzes aufweist.
Die Ausbildung eines kleineren Querschnitts im Strömungskanal, der sich nur über eine Teillänge des Strömungskanals in der Ventilvorrichtung erstreckt, wird das Erfordernis des maximalen Massendurchsatzes nicht mehr durch die frei durchströmbare Querschnittsfläche von Klappe und Ventilsitz sondern vom Strömungskanal bestimmt. Das ermöglicht die Ausbildung der anderen Abschnitte des Strömungskanals mit anderen, insbesondere größeren Querschnitten. Der entscheidende Vorteil besteht darin, dass dadurch auch größere Ventilsitze mit entsprechenden Klappen eingesetzt werden können. Es muss somit nicht für jeden neuen maximalen Massendurchsatz eine neue Klappe mit angepasstem Ventilsitz entwickelt werden, sondern es kann auf bestehende Klappen und Ventilsitze zugegriffen werden. Da die Anpassung von Klappe und Ventilsitz hinsichtlich der Regelung deutlich aufwändiger ist, führt die Verwendung bestehender Teile zu erheblichen Vereinfachungen. Dagegen ist die Anpassung eines Abschnitts des Strömungskanals an einen neuen kleineren maximalen Massendurchsatz mit deutlich weniger Aufwand verbunden, so dass mit der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung sehr viele Einsatzfälle abgedeckt. So lassen sich auch bestehende Gehäusestrukturen verwenden, da die Anpassung lediglich auf den Strömungskanal beschränkt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abschnitt des Strömungskanals mit kleinerem Querschnitt stromabwärts des Ventilsitzes angeordnet. Diese Änderung des Strömungskanals lässt mit besonders geringem Aufwand erzeugen, da derartige Ventilvorrichtungen in der Regel Metallgussgehäuse besitzen und der veränderte Strömungskanal bereits mit dem Gießprozess durch einen modifizierten Kern erzeugt wird.
Ein modifizierter Gussprozess zum Herstellen des Ventilgehäuses wird gemäß einer anderen Ausgestaltung dadurch vermeiden, dass der Strömungskanal mit kleinerem Querschnitt von einem im Strömungskanal und benachbart zum Ventilsitz angeordneten Einsatz gebildet ist, wobei der Einsatz einen kleineren Querschnitt als den Innendurchmesser des Ventilsitzes aufweist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass nicht nur Ventilsitz und Klappe, sondern auch das Gehäuse nicht mehr nur für einen Anwendungsfall, sondern für alle neuen Anwendungsfälle einsetzbar ist. Da die Anpassung an neue maximale Massendurchsätze ausschließlich durch den Einsatz erfolgt, können alle anderen Bauteile unverändert übernommen werden. Der Strömungskanal muss lediglich zur Aufnahme des Einsatzes vorbereitet werden. Diese Anpassung ist jedoch mit geringem Aufwand herstellbar.
In einer anderen Ausgestaltung ist der Strömungskanal mit kleinerem Querschnitt von zwei im Strömungskanal angeordneten Einsätzen gebildet, wobei zu beiden Seiten des Ventilsitzes je ein Einsatz angeordnet ist, und beide Einsätze einen kleineren Querschnitt als den Innendurchmesser des Ventilsitzes aufweisen. Mit dieser Ausgestaltung wird innerhalb der beiden Einsätze ein an den kleineren maximalen Massendurchsatz angepasstes Volumen geschaffen, was die Regelbarkeit durch die zwischen den beiden Einsätzen angeordnete Klappe verbessert wird.
Um ein möglichst verwirbelungsfreies Strömen um die Klappe und somit eine gute Regelbarkeit zu ermöglichen und sicherzustellen, ist der mindestens eine Einsatz oder der Strömungskanal so ausgestaltet, dass sich der kleinere Querschnitt in Richtung des Ventilsitzes kontinuierlich bis zum Innendurchmesser des Ventilsitzes erweitert. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Querschnittsreduzierung erst bei großen Öffnungswinkeln der Klappe zum Tragen kommt, während bei kleinen Öffnungswinkeln die weiterhin gute Regelbarkeit aufgrund des großen Querschnitts des Ventilsitzes erhalten bleibt.
In einer einfachen Ausgestaltung ist der Einsatz oder der Strömungskanal mit dem kleineren Querschnitt als der Ventilsitz rotationssymmetrisch ausgeführt. Sofern der maximale Massendurchsatz nur geringfügig verkleinert ist, kann gemäß weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen, der Einsatz oder der Strömungskanal eine kalottenförmige Querschnittsverringerung aufweisen, die sich nur über einen Teil des Umfangs, vorzugsweise über einen Bereich von 90° bis 180° des Umfangs, erstreckt
Die Anordnung des Ventilsitzes und/oder des jeweiligen Einsatzes im Strömungskanal gestaltet sich besonders einfach, wenn sie eingeschraubt oder eingepresst sind.
Verwirbelungen in der Strömung aufgrund des sich verringernden Querschnitts lassen sich reduzieren, dass der Querschnitt mindestens eines Einsatzes kontinuierlich in den Querschnitt des Strömungskanals übergeht. Das bedeutet, dass die Durchmesser des mindestens einen Einsatzes und des Strömungskanal an dieser Stelle gleich sind. Dies kann zum einen durch einen verkleinerten Querschnitt im Strömungskanal erfolgen. Da zur Aufnahme des Einsatzes im Strömungskanal dieser ohnehin einen kleineren Querschnitt besitzen muss, ist die entsprechende Anpassung auf das Querschnittsmaß des Einsatzes mit geringem Aufwand verbunden.
Ein kontinuierlicher Übergang zwischen Strömungskanal und Einsatz ohne eine Anpassung des Strömungskanals wird dadurch erreicht, dass der Einsatz eine in Richtung Strömungskanal gerichtete Kontur aufweist, die sich vom kleinsten Querschnitt zum Querschnitt des Strömungskanals erweitert. Diese Erweiterung kann nach Art eines Trichters kegelstumpfförmig oder mit konkaver oder konvexer Mantelfläche ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Querschnitt des Strömungskanals im weiteren Verlauf wieder auf den ursprünglichen Querschnitt erweitert. Mit dieser Ausgestaltung wird ein ungestörter Übergang des Strömungskanals des Gehäuses zu den angeschlossenen Bauteilen im Strömungspfad gewährleistet. Zusätzliche Anpassungen oder Übergangsteile sind nicht erforderlich.
An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen in:
1 eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung,
2 der Strömungskanal der Ventilvorrichtung nach 1 und
3–4 weitere Ausführungsformen der Ventilvorrichtung nach 1.
1 zeigt ein Abgasrückführventil mit einem Gehäuse 1, einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal 2, in dem eine scheibenförmige Klappe 3 angeordnet ist. Die Klappe 3 ist fest mit einer Achse 4 verbunden und die Achse 4 ist in dem Gehäuse 1 drehbar gelagert. Die Achse 4 wird von einem im Gehäuse 1 angeordneten Elektromotor 5 angetrieben, wobei zwischen Achse 4 und Elektromotor 5 ein Getriebe 6 zwischengeschaltet ist.
2 zeigt einen Teil des Strömungskanals 2 nach 1 im Schnitt. An der Achse 4 ist die scheibenförmige Klappe 3 mittels einer Schweißverbindung drehfest befestigt. In der gezeigten Darstellung ist die Klappe 3 annähernd zur Hälfte geöffnet. Die Abdichtung erfolgt dabei über einen Dichtring 7, der in einer Nut der Klappe 3 angeordnet ist. Der Dichtring 7 dichtet den Strömungskanal 2 gegen die Innenwandung eines in den Strömungskanal 2 eingesetzten Rings 8 ab, so dass der Ring als Ventilsitz 8 wirkt. Bei einer Drehung der Welle 4 im Uhrzeigersinn öffnet die Klappe 3, indem sie einen Strömungsquerschnitt im Strömungskanal 2 freigibt, der mit zunehmender Drehung größer wird. Der Ventilsitz 8 ist in den Strömungskanal 2 eingepresst. In Strömungsrichtung nach dem Ventilsitz 8 besitzt der Strömungskanal 2 einen Abschnitt 9, der einen kleineren Querschnitt als der Innendurchmesser des Ventilsitzes 8 aufweist. Durch den Querschnitt des Abschnitts 9 wird der maximale Massendurchsatz der Ventilvorrichtung definiert. Für ein definiertes Strömen des Fluids erweitert sich der Querschnitt des Strömungskanals 2 kontinuierlich von dem kleinsten Querschnitt im Abschnitt 9 hin zum Ventilsitz 8, so dass der Querschnitt sich ohne Absätze oder Sprünge ändert. Die Wand des Strömungskanals 2 ist in diesem Bereich 10 konkav ausgebildet. In Strömungsrichtung nach dem Abschnitt 9 erweitert sich der Strömungskanal 2 auf seinen ursprünglichen Querschnitt.
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung, in der der Abschnitt 9 nicht vom Strömungskanal 2, sondern von einem Einsatz 11 gebildet wird, wobei der Einsatz 11 die gleiche Innenkontur wie in 2 aufweist.
3a zeigt eine Ausgestaltung mit einem Einsatz nach 3, wobei sich die kalottenförmige Innenkontur des Einsatzes 11 über 90° und somit nur über einen Teil des Umfangs erstreckt. Es ist auch denkbar, eine solche kalottenförmige Kontur im Bereich 10 des Strömungskanals 2 nach 2 auszubilden.
In 4 ist zu beiden Seiten des Ventilsitzes 8 ein Einsatz 11, 12 angeordnet. Die Einsätze 11, 12 besitzen den gleichen Aufbau und sind so angeordnet, dass der jeweils kleinste Querschnitt 13, 14 dem Ventilsitz 8 abgewandt ist. Mit dieser Anordnung ergibt sich insbesondere durch die konkave Innenkontur ein sich stetig ändernder Querschnitt, was eine relativ gute Strömung im Bereich des Ventilsitzes 8 und der Einsätze 11, 12 bewirkt. Die beiden Einsätze 11, 12 schaffen durch ihre Ausgestaltung einen Bereich innerhalb des Strömungskanals 2 mit einem an den kleineren maximalen Massendurchsatz angepasstes Volumen, wodurch die Regelbarkeit dieses Massendurchsatzes mittels der zwischen den beiden Einsätzen 11, 12 angeordneten Klappe 3 sehr exakt eingestellt werden kann.

Claims

Ventilvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse einem in dem Gehäuse befindlichen Strömungskanal, einer in dem Strömungskanal angeordneten Klappe zum Verschließen des Strömungskanals, wobei die Klappe Bereiche besitzt, in denen eine die Klappe durchdringende Achse befestigt ist, und die Achse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist und einem im Strömungskanal angeordneten Ventilsitz, der in Schließstellung der Klappe mit dieser in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zum Ventilsitz (8) benachbarter Abschnitt (9, 10) des Strömungskanals (2) einen kleineren Querschnitt als der Innendurchmesser des Ventilsitzes (8) aufweist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (9, 10) des Strömungskanals (2) mit kleinerem Querschnitt stromabwärts des Ventilsitzes (8) angeordnet ist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (2) mit kleinerem Querschnitt von einem im Strömungskanal (2) und benachbart zum Ventilsitz (8) angeordneten Einsatz (11) gebildet ist, wobei der Einsatz (11) einen kleineren Querschnitt als den Innendurchmesser des Ventilsitzes (8) aufweist.
Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (2) mit kleinerem Querschnitt von zwei im Strömungskanal (2) angeordneten Einsätzen (11, 12) gebildet sind, wobei zu beiden Seiten des Ventilsitzes (8) je ein Einsatz (11, 12) angeordnet ist, und dass beide Einsätze (11, 12) einen kleineren Querschnitt als den Innendurchmesser des Ventilsitzes (8) aufweisen.
Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der kleinere Querschnitt des mindestens einen Einsatzes (11, 12) oder des Strömungskanals (9) in Richtung des Ventilsitzes (8) kontinuierlich bis zum Innendurchmesser des Ventilsitzes (8) erweitert.
Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (8) und/oder der jeweilige Einsatz (11, 12) im Strömungskanal (2) eingeschraubt oder eingepresst ist.
Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (10) mindestens eines Einsatzes (11, 12) kontinuierlich in den Querschnitt des Strömungskanals (2) übergeht.
Ventilvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Strömungskanals (2) im weiteren Verlauf wieder auf den ursprünglichen Querschnitt erweitert.