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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, insbesondere ein Abgasrückführungsventil. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor oder einen Ottomotor, mit einer solchen Ventilvorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Betriebsverfahren für eine solche Ventilvorrichtung.
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Ein in herkömmlichen Ventilvorrichtungen bekanntes Problem, insbesondere beim Einsatz im Zusammenhang mit der Abgasrückführung von Abgasen in einer Brennkraftmaschine, besteht darin, dass bei der Abgasrückführung aus dem rückzuführenden Abgas zu Wassere kondensierter Wasserdampf ausfallen kann. insbesondere beim Außer-Betrieb-Nehmen der Brennkraftmaschine oder während einer sehr lang andauernden Betriebsphase der Brennkraftmaschine in einem Teillast-Betrieb mit geringer Last und niedriger Drehzahl kann derart ausgefallenes Wasser zu Eis ausgefrieren und im Extremfall den gesamten Strömungskanal der Ventilvorrichtung fluidisch blockieren.
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Die
DE 10 2004 024 650 A1 beschreibt eine regelbare Zwei-Wege-Ventilvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Gehäuse, wobei mittels der Ventilvorrichtung eine fluidische Verbindung eines ersten Ein- oder Auslasskanals mittels mit einem zweiten oder dritten Ein- oder Auslasskanal steuerbar ist. Eine Ventilstange der Zwei-Wege-Ventilvorrichtung ist über eine Stelleinheit kontinuierlich translatorisch bewegbar. Auf der Ventilstange ist ein Ventilglied fest angeordnet, das glockenförmig ausgebildet ist und Steueröffnungen aufweist.
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Die
DE 10 2005 038 402 A1 offenbart einen Abgaskühlers mit einer Ventilvorrichtung. Die Ventilvorrichtung des Abgaskühlers umfasst einen Kühlkanal, der eine erste Einlassöffnung mit einer ersten Querschnittsfläche zum Zuführen von Abgas in den Kühlkanal aufweist, sowie einen innerhalb des Kühlkanals angeordneten Bypasskanal, der eine zweite Einlassöffnung mit einer zweiten Querschnittsfläche zum Zuführen des Abgases in den Bypasskanal aufweist. Die Ventilvorrichtung umfasst ferner einen axial verstellbaren Verstellkörper, mittels welchem sowohl die erste also auch die zweite Einlassöffnung wahlweise verschlossen oder wenigstens teilweise geöffnet werden kann. Hierzu weist der Verstellkörper eine axial verstellbare Verstellstange und zwei an der Vertstellstange befestigte Axial-Stellelemente auf.
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Die
DE 10 2010 015 442 A1 offenbart eine eine Ventilvorrichtung umfassende Kühlvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die Ventilvorrichtung umfasst ein Gehäuse, das einen Abgaskühlkanal, ein im Gehäuse zentral verlaufendes Bypassrohr, sowie einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass, die mit einem Kühlmittelkanal zusammenwirken, aufweist. Das Gehäuse der Ventilvorrichtung umfasst ferner ein Abgaseinlassgehäuseteil und einen Abgasauslass sowie eine Schaltvorrichtung zum Öffnen und Verschließen des Bypassrohrs. Die Schaltvorrichtung weist zwei Schaufelorgane auf, die drehbar im Abgaseinlassgehäuseteil gelagert sind und über eine Antriebsvorrichtung antreibbar sind, derart, dass der Abgaskühlkanal wahlweise verschlossen oder geöffnet ist. Jedes Schaufelorgan ist jeweils über mindestens einen Steg mit einer Schaltklappe verbunden, und zwar derart, dass das Bypassrohr durch die Schaltklappen wahlweise geöffnet oder verschlossen werden kann.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine Ventilvorrichtung und für ein Betriebsverfahren einer solchen Ventilvorrichtung bereitzustellen, bei der bzw. dem oben genannte Nachteile beseitigt oder zumindest reduziert sind.
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Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung weist einen Hauptströmungskanal aus, der vorzugsweise im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet sein kann und eine erste Fluid-Zuführungsöffnung mit einer ersten Querschnittsfläche zum Zuführen eines Fluids in den ersten Strömungskanal aufweist. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung einen innerhalb des Hauptströmungskanals angeordneten Nebenströmungskanal, welche vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet sein kann. Der Hauptströmungskanal weist nun eine erste Fluid-Zuführungsöffnung zum Zuführen eines Fluids in den Hauptströmungskanal mit einer ersten Querschnittsfläche auf, und entsprechend weist der Nebenströmungskanal eine zweite Fluid-Zuführungsöffnung mit einer zweiten Querschnittsfläche zum Zuführen des Fluids in den Nebenströmungskanal auf.
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In einem normalen Betriebszustand der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung strömt Fluid nun durch den Hauptströmungskanal der Ventilvorrichtung, nicht aber durch den Nebenströmungskanal. Um ein Durchströmen des Nebenströmungskanals mit einem Fluid in dem normalen Betriebszustand zu verhindern, weist die Ventilvorrichtung erfindungsgemäß einen Steuerkörper auf, mittels welchem sowohl die erste als auch die zweite Fluid-Zuführungsöffnung wahlweise verschlossen oder wenigstens teilweise geöffnet werden kann. In dem normalen Betriebszustand ist demnach die zweite Fluid-Zuführungsöffnung des Nebenströmungskanals mittels des Steuerkörpers verschlossen, während die erste Fluid-Zuführungsöffnung zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand verstellt werden kann. In dem normalen Betriebszustand wirkt also die Ventilvorrichtung als herkömmliches Ventil, indem die erste Fluid-Zuführungsöffnung des Hauptströmungskanals mittels des Steuerkörpers verschlossen oder geöffnet wird. Auch Zwischenzustände zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand sind möglich.
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Für einen von dem Normalzustand abweichenden sog. ”Vereisungszustand” ist es nun möglich, mittels des Steuerkörpers auch die zweite Fluid-Zuführungsöffnung des Nebenströmungskanals zu öffnen. Dies kann erforderlich werden, wenn in einem Einlassbereich der ersten Fluid-Zuführungsöffnung angesammeltes Wasser zu Eis ausgefroren ist, was beispielsweise in einem Praxisbetrieb der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einem Abgasrückführungssystem einer Brennkraftmaschine der Fall sein kann, wenn aus dem die Ventilvorrichtung durchströmenden Abgas Wasserdampf zu Wasser kondensiert und aufgrund von niedrigen Temperaturen in der Ventilvorrichtung zu Eis ausgefriert. Eine derartige Eisbildung, insbesondere im Bereich der Hauptströmungskanals, kann in dem normalen Betriebszustand der Ventilvorrichtung zu einer vollständigen fluidischen Blockade des Hauptströmungskanals führen. Durch ein Öffnen des innerhalb des Hauptströmungskanals angeordneten Nebenströmungskanals mittels des Steuerkörpers kann dann ein fluidischer Ersatzkanal bereitgestellt werden, durch welchen das Fluid die Ventilvorrichtung durchströmen kann, solange der Hauptströmungskanal wegen Vereisung blockiert ist.
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Zum gegebenenfalls erforderlichen Öffnen des Nebenströmungskanals ist der Steuerkörper erfindungsgemäß zwischen einer ersten Position, in welcher sowohl die erste als auch die zweite Fluid-Zuführungsöffnung durch den Steuerkörper verschlossen ist, einer zweiten Position, in welcher die erste Fluid-Zuführungsöffnung zumindest teilweise geöffnet ist, während die zweite Fluid-Zuführungsöffnung verschlossen ist, und einer dritten Position, in welcher sowohl die erste als auch die zweite Fluid-Zuführungsöffnung wenigstens teilweise geöffnet ist, bewegbar.
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Somit ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung im normalen Betriebszustand umschaltbar zwischen der ersten und zweiten Position, wobei die erste Position hinsichtlich des Hauptströmungskanals einer vollständig geschlossenen Ventilvorrichtung entspricht, während die zweite Position einer vollständig geöffneten Position entspricht. In dem normalen Betriebszustand wird die Ventilvorrichtung also ausschließlich über den Hauptströmungskanal mit einem Fluid (beispielsweise Abgas) durchströmt.
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In der dritten Position, welche vorzugweise genau dann eingestellt wird, wenn der Hauptströmungskanal durch Vereisung blockiert ist, ist zusätzlich zum Hauptströmungskanal auch der Nebenströmungskanal geöffnet, so dass trotz der Blockade des Hauptströmungskanals weiterhin Fluid durch die Ventilvorrichtung strömen kann.
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Für den Fall, dass die Ventilvorrichtung, wie in einem Praxisbetrieb in einem Abgasrückführungssystem einer Brennkraftmaschine üblich, von Abgasen durchströmt wird, kann das in dem Hauptströmungskanal ausgebildete Eis mittels der nun durch den Nebenströmungskanal strömenden Abgase erwärmt und im Idealfall vollständig zum Schmelzen gebracht werden. Sobald durch das Schmelzen des in dem Hauptströmungskanal gebildeten Eises der Hauptströmungskanal wieder fluidisch durchströmbar ist, kann der Nebenströmungskanal durch den Steuerkörper wieder verschlossen werden, was einem Umschalten der Ventilvorrichtung von dem ”Vereisungsmodus” in den normalen Betriebszustand entspricht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Nebenströmungskanal in einem Einbauzustand in der Art eines Steigrohrs ausgebildet. Mit ”Einbauzustand” kann dabei insbesondere der Einbau der Ventilvorrichtung in eine Abgasrückführungsanlage einer Brennkraftmaschine gemeint sein. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass in der Ventilvorrichtung ausfallendes Wasser sich immer in einem definierten Bereich der Ventilvorrichtung, insbesondere des Hauptströmungskanals, ansammelt. Somit bildet sich eine eventuell auftretende Vereisung des Wassers auch hauptsächlich in diesem, definierten Bereich aus.
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Besonders zweckmäßig kann die Ventilvorrichtung einen Einlassbereich umfassen, der sowohl mit dem der Nebenströmungskanal als auch dem Hauptströmungskanal fluidisch verbunden ist und eine Einlassbereich-Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als die erste Querschnittsfläche der ersten Fluid-Zuführungsöffnung. Mittels einer derartigen Dimensionierung der Einlassbereich-Querschnittsfläche relativ zur erste Querschnittsfläche kann ein optimaler Fluidstrom vom Einlassbereich in den Haupt- bzw. Nebenströmungskanal sichergestellt werden, wenn sich der Steuerkörper in der zweiten oder dritten Position befindet.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform ist der Nebenströmungskanal konzentrisch zu dem Hauptströmungskanal angeordnet.
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In einer besonders einfach technisch zu realisierenden Ausführungsform ist der Steuerkörper zum Bewegen zwischen der ersten, zweiten und dritten Position in eine axiale Richtung der Ventilvorrichtung verschiebbar.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform kann der Steuerkörper nun in der Art eines Doppelkolbens ausgebildet sein und einen in der axialen Richtung angeordneten, insbesondere zylindrisch ausgebildeten, Grundkörper mit einem ersten und zweiten Endabschnitt aufweisen, wobei an dem ersten Endabschnitt dann ein erstes Verschlusselement angeordnet ist zum Verschließen der ersten Fluid-Zuführungsöffnung in der ersten Position, und wobei an dem zweiten Endabschnitt ein zweites Verschlusselement angeordnet ist zum Verschließen der zweiten Fluid-Zuführungsöffnung in der ersten oder zweiten Position. Durch eine derartige, vorzugweise ”H-artige” Ausbildung des Steuerkörpers können die erfindungsgemäßen Öffnungs- bzw. Verschlusseigenschaften des Steuerkörpers in Bezug auf das wahlweise Öffnen bzw. Verschließen von Haupt- oder/und Nebenströmungskanal technisch auf einfache Art und Weise realisiert werden.
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Zum Bewegen des Steuerkörpers zwischen der ersten, zweiten und dritten Position, kann die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung eine Antriebseinheit aufweisen. Diese kann insbesondere in Form eines herkömmlichen Elektromotors ausgebildet sein, welcher über eine geeignete Übertragungsvorrichtung, beispielsweise in Form einer herkömmlichen Getriebeeinheit, mit dem Steuerkörper der Ventilvorrichtung antriebsverbunden sein kann. Die Ansteuerung der Antriebseinheit kann dabei über eine mit der Antriebseinheit in Wirkverbindung stehende Steuerungseinrichtung erfolgen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Ventilvorrichtung ferner eine mit der Steuerungseinheit in Wirkverbindung stehende Detektionseinheit umfassen, mittels derer die Ausbildung von zu Eis gefrorenem Wasser in einem Bereich des Hauptströmungskanals detektierbar ist. Die Detektionseinheit kann dabei insbesondere derart ausgebildet sein, dass das Vorliegen von Vereisung von der Detektionseinheit an die Steuerungseinheit übermittelt werden kann. Entsprechend kann dann die Steuerungseinheit eine Bewegung des Steuerkörpers von der ersten oder zweiten Position (die beide einem normalen Betriebszustand der Ventilvorrichtung entsprechen) in die dritte Position veranlasst werden, in welcher der Nebenströmungskanal der Ventilvorrichtung geöffnet wird (”Enteisungsmodus”).
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Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer als Hochdruck- oder/und Niederdruck-Abgasrückführungsventil ausgebildeten Ventilvorrichtung mit einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Betriebsverfahren für eine Ventilvorrichtung mit einem oder mehreren der vorhergehenden Merkmale. Gemäß dem Betriebsverfahren befindet sich die Ventilvorrichtung in einem normalen Betriebszustand, wenn der Steuerkörper der Ventilvorrichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegt wird zum Einstellen einer Durchströmungsrate eines die Ventilvorrichtung durchströmenden Fluids. Dabei ist der Hauptströmungskanal in der ersten Position vollständig geschlossen und in der zweiten Position wenigstens teilweise geöffnet. Der Nebenströmungskanal ist hingegen sowohl in der ersten als auch in der zweiten Position vollständig geschlossen. Demgegenüber befindet sich die Ventilvorrichtung beim Auftreten einer Vereisung des Hauptströmungskanals gemäß dem Betriebsverfahren in einem Enteisungs-Betriebszustand, in welchem der Steuerkörper in eine dritte Position bewegt wird, so dass der Nebenströmungskanal zum Durchströmen mit dem Fluid freigegeben ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung in der ersten Position,
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2 die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung in der zweiten Position,
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3 die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung in der dritten Position,
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4 eine Anwendung der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in einer Brennkraftmaschine.
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In der Darstellung der 1 ist eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit 1 bezeichnet. Die Ventilvorrichtung 1 umfasst einen rohrförmig ausgebildeten Hauptströmungskanal 2. Der Hauptströmungskanal 2 weist eine Fluid-Zuführungsöffnung 3 mit einer ersten Querschnittsfläche auf, welche in der Darstellung der 1 durch die Linie mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnet ist. Über die erste Fluid-Zuführungsöffnung 3 kann ein Fluid, beispielsweise ein Abgas, aus einer Brennkraftmaschine dem Hauptströmungskanal 2 zugeführt werden.
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Innerhalb des Hauptströmungskanals 2 ist ein ebenfalls rohrförmig ausgebildeter Nebenströmungskanal 5 angeordnet. Der Nebenströmungskanal 5 weist eine zweite Fluid-Zuführungsöffnung 6 mit einer zweiten Querschnittsfläche auf, die in der 1 mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet ist. Über die zweite Fluid-Zuführungsöffnung 6 kann das Fluid dem Nebenströmungskanal 5 zugeführt werden. Aus der Darstellung der 1 folgt unmittelbar, dass die erste Fluid-Zuführungsöffnung 3 die zweite Fluid-Zuführungsöffnung 6 ringförmig umgibt. Es ist klar, dass in Varianten des Ausführungsbeispiels zahlreiche Variationen hinsichtlich der Geometrie von Haupt- und Nebenströmungskanal 2, 5 möglich sind, die auch von dem in der 1 dargestellten rohrförmigen Aufbau abweichen können. In einer bevorzugten Variante kann, wie in der 1 gezeigt, der Nebenströmungskanal 5 konzentrisch zu dem Hauptströmungskanal 2 angeordnet sein.
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Die Ventilvorrichtung 1 der 1 umfasst nun ferner einen Steuerkörper 17, mittels welchem sowohl die erste als auch die zweite Fluid-Zuführungsöffnung 3, 6 des Hauptströmungs- bzw. Nebenströmungskanals 2, 5 verschlossen oder wenigstens teilweise geöffnet werden kann.
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Hierzu ist der Steuerkörper 17 in eine Axialrichtung A (vgl. Pfeil in der 1) zwischen drei verschiedenen Positionen bewegbar. In der in der 1 gezeigten ersten Position ist sowohl die erste als auch die zweite Fluid-Zuführungsöffnung 3, 6 des Haupt- und Nebenströmungskanal 2, 5 fluidisch verschlossen, so dass über einen Einlassbereich 11 der Ventilvorrichtung 1, welcher sowohl mit dem Haupt- als auch mit dem Nebenströmungskanal 2, 5 in Fluidverbindung steht, weder dem Haupt- noch dem Nebenströmungskanal 2, 5 ein Fluid zugeführt werden kann.
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Der Einlassbereich 11 ist also sowohl mit dem der Nebenströmungskanal 5 als auch dem Hauptströmungskanal 2 fluidisch verbunden und eine Einlassbereich-Querschnittsfläche 24 auf, die größer ist als die erste Querschnittsfläche 4 der ersten Fluid-Zuführungsöffnung 3. Mittels einer derartigen Dimensionierung der Einlassbereich-Querschnittsfläche 24 relativ zur erste Querschnittsfläche 4 kann ein optimaler Fluidstrom vom Einlassbereich 11 in den Haupt- bzw. Nebenströmungskanal 2, 5 sichergestellt werden, wenn sich der Steuerkörper 17 in der zweiten oder dritten Position befindet.
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Zum Verschließen der ersten und zweiten Fluid-Zuführungsöffnung 3, 6 kann der Steuerkörper 17 in der Art eines Doppelkolbens ausgebildet sein, und einen zylindrisch ausgebildeten Grundkörper 8 mit einem ersten und einem zweiten Endabschnitt 9, 10 aufweisen. In der in der 1 gezeigten ersten Position ist der zylindrische Grundkörper 8 nahezu vollständig in dem Nebenströmungskanal 5 angeordnet. An dem ersten Endabschnitt 9 des Grundkörpers 8 ist ein erstes Verschlusselement 12 angebracht, welches wie in der 1 gezeigt scheibenartig ausgebildet sein kann. In der in 1 gezeigten ersten Position des Steuerkörpers 17 wird die erste Fluid-Zuführungsöffnung 3 durch das erste Verschlusselement 12 vollständig fluidisch verschlossen. Wie aus der Darstellung der 1 unmittelbar ersichtlich, verschließt das erste Verschlusselement 12 in dieser Position automatisch auch die zweite Fluid-Zuführungsöffnung 6 gegenüber dem Einlassbereich 11 fluiddicht. Des Weiteren ist an dem zweiten Endabschnitt 10 des Grundkörpers 8 ein zweites Verschlusselement 13 angebracht, welches in der in 1 gezeigten ersten Position den Nebenströmungskanal 5 zusätzlich (zu dem ersten Verschlusselement 12) fluiddicht verschließt.
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In der Darstellung der 2 ist die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 1 nun in einer zweiten Position gezeigt, welche ebenfalls in dem normalen Betriebszustand der Ventilvorrichtung eingestellt werden kann, und in welcher (im Gegensatz zur ersten Position) die erste Fluid-Zuführungsöffnung 3 geöffnet ist, so dass Fluid aus dem Einlassbereich 11 in den Hauptströmungskanal 2 eindringen kann, was in der 2 durch Strömungspfeile mit dem Bezugszeichen 14 angedeutet ist. Das Fluid kann nach dem Durchströmen des Hauptströmungskanals 2 die Ventilvorrichtung 1 in einem Auslassbereich 24 wieder verlassen. Eine Bewegung des Steuerkörpers 17 kann mittels einer geeigneten Antriebseinheit 15 erfolgen, die beispielsweise in Form eines Elektromotors ausgebildet sein kann, welche mit dem Steuerkörper 17 antriebsverbunden ist, was in der 2 durch die gestrichelte Linie mit dem Bezugszeichen 16 angedeutet ist. In der in der 2 gezeigten zweiten Position ist der Nebenströmungskanal 5 immer noch mittels des zweiten Verschlusselements 13 (ebenso wie in der in der 1 gezeigten ersten Position) fluiddicht verschlossen, so dass Fluid ausschließlich dem Hauptströmungskanal 2, nicht jedoch dem Nebenströmungskanal 5 zugeführt werden kann.
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Die in den 1 bzw. 2 gezeigte erste bzw. zweite Position entspricht, wie bereits erläutert, einem normalen Betriebszustand der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung. Durch ein Bewegen des Steuerkörpers 17 zwischen der ersten und der zweiten Position kann dabei der Hauptströmungskanal 2 zum Durchströmen mit einem Fluid geöffnet bzw. bei Bedarf wieder verschlossen werden. Ein Öffnungsgrad der ersten Fluid-Zuführungsöffnung 3 kann dabei durch eine Bewegung des Steuerkörpers 17 ausgehend von der in der 2 gezeigten zweiten Position in Richtung des Pfeils 22 weiter vergrößert werden. Denn ein solches Bewegen des ersten Verschlusselements 12 in die Axialrichtung A führt zu einer Vergrößerung eines Öffnungsbereichs 21 der Ventilvorrichtung 1. Die Bewegung des Steuerkörpers 17 kann dabei bis zu einer Position fortgesetzt werden, in welcher das zweite Verschlusselement 13 den Nebenströmungskanal 5 gerade noch verschließt (diese Situation ist in der 2 nicht gezeigt).
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Für den Fall, dass die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 1 beispielsweise im Zusammenhang mit einem Abgasrückführungssystem eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz gebracht wird, kann beim Auftreten von relativ niedrigen Umgebungstemperaturen aus einem das die Ventilvorrichtung 1 durchströmenden Abgas Wasserdampf zu Wasser kondensieren, im Bereich 19 um die erste Fluid-Zuführungsöffnung 3 des Hauptströmungskanals 2 ausgefrieren und im ungünstigsten Fall den gesamten Hauptströmungskanal 2 fluidisch blockieren, so dass kein Abgas mehr durch den Hauptströmungskanal 2 strömen kann.
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Diese Situation ist schematisch in der 3 gezeigt, in welcher der Hauptströmungskanal 2 durch zu Eis gefrorenes Wasser 18 fluidisch blockiert ist. Um ein unerwünschtes Anstauen von Abgasen im Einlassbereich 11 der Ventilvorrichtung zu verhindern, so dass in die Ventilvorrichtung 1 eintretendes Abgas dieses auch bei Vereisung noch durchströmen kann, wird nun der Steuerkörpers 17 in die in der 3 gezeigte dritte Position bewegt, in welcher die zweite Fluid-Zuführungsöffnung 6 nicht mehr durch das zweite Verschlusselement 13 des Steuerkörpers 17 fluidisch verschlossen ist, so dass der Nebenströmungskanal 5 zum Durchströmen mit dem Abgas (vgl. Pfeile 14) freigegeben ist.
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Beim Einsatz der Ventilvorrichtung 1 im Zusammenhang mit einer Abgasrückführung einer Brennkraftmaschine kann nun erfindungsgemäß aufgrund der üblicherweise sehr hohen Temperatur des durch den Nebenströmungskanal 5 fließenden Abgases das im Hauptströmungskanal 2 gebildete Eis 18 wieder geschmolzen werden, so dass nach kurzer Zeit auch der Hauptströmungskanal 2 wieder zum Durchströmen mit dem Abgas freigegeben wird. Dann kann die Ventilvorrichtung wieder in den normalen Betriebszustand (Steuerkörper 17 befindet sich in erster oder zweiter Position oder in einer Zwischenposition zwischen erster und zweiter Position) umgeschaltet werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann nun der Nebenströmungskanal 5, wie in den 1 bis 3 gezeigt, in einem Einbauzustand, beispielsweise in einer Abgasrückführungsanlage einer Brennkraftmaschine, in der Art eines Steigrohrs ausgebildet sein. In diesem Fall, in welchem eine Längsachse des Steigrohrs in Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist (d. h. die axiale Richtung A weist in Richtung der Schwerkraft), fällt das in der 3 gezeigte Eis 18 zunächst in dem Bodenbereich 19 als Wasser aus, sammelt sich also dort, und gefriert in genau diesem wohldefinierten Bereich 19 zu Eis aus. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich ein eventuell in der Ventilvorrichtung 1 ausbildendes Kondensat nur in einem definierten Bereich, nämlich dem Bodenbereich 19 der Ventilvorrichtung 1, ansammelt und dort zu Eis gefrieren kann.
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Die Ventilvorrichtung 1 kann nun des Weiteren auch eine Steuerungseinheit 23 umfassen, die mit der Antriebseinheit 15 zur Ansteuerung derselben in Wirkverbindung stehen kann. Ferner kann die Ventilvorrichtung 1 eine in den 1 bis 3 grobschematisch gezeigte Detektionseinheit 20 aufweisen, die vorzugsweise in einem Bereich um den Bodenbereich 19 angeordnet ist, um gegebenenfalls das Vorhandensein von Eis in dem Bodenbereich detektieren zu können und an die Steuerungseinheit 23 übermitteln zu können. Wenn der Steuerungseinheit 23 von der Detektionseinheit 20 mitgeteilt wird, dass die erste Fluid-Zuführungsöffnung 3 aufgrund von Vereisung fluidisch blockiert ist, kann die Steuerungseinheit 23 mittels der Antriebseinheit 15 den Steuerkörper 17 automatisch in die dritte Position (”Vereisungsmodus”) bewegen, in welcher der Nebenströmungskanal 5 zum Durchströmen mit einem Fluid freigegeben ist. Auf diese Weise wird eine unerwünschte vollständige fluidische Blockade der Ventilvorrichtung 1 verhindert.
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Entsprechend kann mittels der Detektionseinheit 20 auch detektiert werden, dass das Eis 18 wieder zu Wasser geschmolzen oder gar zu Wasserdampf verdampft ist, so dass auch der Hauptströmungskanal 2 wieder zum Durchströmen mit einem Fluid freigegeben ist. In diesem Fall kann mittels der Steuerungseinheit 23 die Antriebseinheit 15 derart angesteuert werden, dass der Steuerkörper 17 wieder in die zweite bzw. oder erste Position (”normaler Betriebsmodus”) bewegt wird.
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Mittels eines Bewegens des Steuerkörpers 17 zwischen der ersten und zweiten Position kann also eine Durchströmungsrate des die Ventilvorrichtung 1 durchströmenden Fluids eingestellt werden, was einem normalen Betriebszustand der Ventilvorrichtung 1 entspricht. Ein Bewegen des Steuerkörpers in die dritte Position erfolgt im Falle einer Vereisung des Hauptströmungskanals 2; die Ventilvorrichtung 1 befindet sich in diesem Fall in einem sog. ”Vereisungsmodus”.
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In der 4 ist nun ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 1 im Zusammenhang mit einer Abgasrückführung in einer Brennkraftmaschine 100 gezeigt, in welcher die Ventilvorrichtung 1 sowohl als Hochdruck-Abgasrückführungsventil 109 als auch als Niederdruck-Abgasrückführungsventil 112 verwendet werden kann.
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Die Brennkraftmaschine 100 kann eine Frischluftanlage 102 umfassen, in der ein Ladeluftkühler 103 angeordnet ist. Mittels der Frischluftanlage 102 kann Frischluft in die Brennkraftmaschine 100 zugeführt werden. Die Brennkraftmaschine 100 umfasst ferner eine Abgasanlage 104 zum Abführen von Abgas aus der Brennkraftmaschine sowie einen Abgasturbolader 105, welcher einen in der Frischluftanlage 102 stromauf des Ladeluftkühlers 103 angeordneten Verdichter 106 und eine in der Abgasanlage 104 angeordnete Turbine 107 aufweist. Die Brennkraftmaschine 100 weist ferner eine Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 108 zum wenigstens teilweisen Rückführen von Abgas aus der Abgasanlage 104 in die Frischluftanlage 102 auf. Die Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 108 zweigt stromauf der Turbine 107 des Abgasturboladers 105 von der Abgasanlage 104 ab.
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Die Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 108 weist ferner ein als Hochdruck-Abgasrückführungsventil 109 ausgebildete erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 1 auf und mündet stromab des Ladeluftkühlers 103 in einem Mündungspunkt 113 in die Frischluftanlage 102. Zusätzlich zu der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 108 umfasst die Brennkraftmaschine 100 des Weiteren eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 110 mit einem Abgasrückführungs-Kühler 111 zum wenigstens teilweisen Rückführen von Abgas aus der Abgasanlage 104 in die Frischluftanlage 102. Die Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 110 weist ein als erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 1 ausgebildetes Niederdruck-Abgasrückführungsventil 112 auf und mündet stromauf des Verdichters 106 des Abgasturboladers 105 in die Frischluftanlage 102.
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Sowohl das Hochdruck-Abgasrückführungsventil 109 als auch das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 112 sind also als erfindungsgemäße Ventilvorrichtung 1 ausgebildet.
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Des Weiteren weist die Brennkraftmaschine 100 eine Kondensat-Sammeleinrichtung 114 zur Aufnahme eines Kondensats auf. Ein solches Kondensat kann kondensierter Wasserdampf aus dem aus der Brennkammer 125 abgeführten Abgas oder/und aus der der Brennkammer 125 zuzuführenden Frischluft sein. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit, dass unerwünschterweise Wasser in dem erfindungsgemäßen Hochdruck- oder/und Niederdruck-Abgasrückführungsventil 109, 112 ausfällt und dort zu Eis ausgefriert, reduziert. Dennoch ist ein derartiges Ausgefrieren in dem in dem Hochdruck- oder/und Niederdruck-Abgasrückführungsventil 109, 112 nicht vollständig ausgeschlossen. Eine unerwünschte vollständige fluidische Blockade der Niederdruck- bzw. Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 108, 110 kann dann durch ein Umschalten der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung 1 in den erfindungsgemäßen ”Enteisungsmodus” verhindert werden.
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In einer zum ersten Ausführungsbeispiel alternativen Variante kann die Kondensat-Sammeleinrichtung 114' auch stromab des Mündungspunkts 113 angeordnet sein, was in der Darstellung gemäß der 4 mittels gestrichelter Linien zum Ausdruck gebracht werden soll. Auch in diesem alternativen Ausführungsbeispiel ist sichergestellt, dass sowohl in der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 108 als auch in der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 110 ausgefallenes Wasser in die Kondensat-Sammeleinrichtung 114' eintritt und dort gesammelt werden kann.
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Die Brennkraftmaschine 100 ist nun derart ausgebildet, dass das in der Kondensat-Sammeleinrichtung 114, 114' ausgefallene Wasser wieder verdampft werden kann, und zwar durch thermische Wechselwirkung des die Kondensat-Sammeleinrichtung 114, 114' durchströmenden rückgeführten Abgases bzw. der die Kondensat-Sammeleinrichtung 114, 114' durchströmenden Frischluft mit dem in der Kondensat-Sammeleinrichtung 114, 114' ausgefallenen Wasser. Dies gilt entsprechend im Falle einer Vereisung der Hauptströmungskanäle 2 des Hochdruck- oder/und Niederdruck-Abgasrückführungsventils 109, 122.
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Die Brennkraftmaschine 100 kann nun ferner eine Steuerungseinrichtung 115 aufweisen zum Einstellen einer ersten Menge an Abgas, welche mittels der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 108 rückgeführt wird zum Einstellen einer zweiten Menge an Abgas, welche mittels der Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 110 rückgeführt wird. Hierzu steht die Steuerungseinrichtung 15 mit dem erfindungsgemäßen Hochdruck-Abgasrückführungsventil 109 und dem erfindungsgemäßen Niederdruck-Abgasrückführungsventil 112 in Wirkverbindung, was in der Darstellung der 1 schematisch durch die gestrichelten Linien 116, 117 angedeutet ist. Insbesondere kann derart ein Öffnungsgrad sowohl des Hochdruck-Abgasrückführungsventils 109 als auch des Niederdruck-Abgasrückführungsventils 112 eingestellt werden. Ebenso kann mittels der Steuerungseinrichtung 115 bezüglich eine Bewegung des Steuerkörpers 17 zwischen der ersten, zweiten und dritten Position gesteuert werden.
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Durch die erfindungsgemäße Bereitstellung eines ”Enteisungsmodus” ist sichergestellt, dass weder das erfindungsgemäße Hochdruck-Abgasrückführungsventil 108 noch das erfindungsgemäße Niederdruck-Abgasrückführungsventil 112 aufgrund von Vereisung Ursache einer unerwünschten Störung der Abgasrückführung in der Brennkraftmaschine 100 ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004024650 A1 [0003]
- DE 102005038402 A1 [0004]
- DE 102010015442 A1 [0005]
