DE102013011012A1

DE102013011012A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Optimieren eines Abgasstroms durch einen Abscheider

Info

Publication number: DE102013011012A1
Application number: DE102013011012.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Scholz; Florian Heller
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-01-22

Abstract

Vorrichtung zum Abscheiden von Abgaspartikeln eines Verbrennungsmotors, die Vorrichtung umfassend einen Abscheider (11), ein Ventil (15, 16), das mit dem Abscheider (11) verbunden ist, und mit dem ein Abgasmassenstrom durch den Abscheider (11) regelbar ist, wobei ein vorgegebener maximaler Abgasmassenstrom durch den Abscheider (11) kleiner ist als ein Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors bei einer maximalen Drehzahl.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Optimieren eines Abgasmassenstroms durch einen Abscheider zum Abscheiden von feinen Partikeln aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren um einen konstanten Abgasmassenstrom durch den Abscheider aufrecht zu erhalten.
Ein Abscheider zum Abscheiden von feinen Partikeln im Abgas eines Verbrennungsmotors ist für einen Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors bei einer maximalen Umdrehungszahl ausgelegt. Die maximale Umdrehungszahl, die einer maximalen Last des Verbrennungsmotors entspricht, wird nur selten abgerufen. Das heißt, dass der Abscheider die meiste Zeit während des Betriebs des Verbrennungsmotors in einem Teil-Auslastungsbereich arbeitet.
Eine Aufgabe einer Ausführungsform kann darin bestehen, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zu stellen, das/die zu einer vollen Auslastung des Abscheiders führt, wenn der Verbrennungsmotor nicht in Volllast gefahren wird.
Nach einem Aspekt betrifft die Ausführungsform ein Ventil zur Durchflussregelung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors.
Das Ventil weist einen Ventilkörper auf, mit wenigstens zwei in einer Längsrichtung des Schafts hintereinander liegende Abschnitten mit unterschiedlichen Querschnittsflächen.
Der Ventilkörper weist in seiner Umfangsfläche wenigstens eine sich in der Längsrichtung erstreckende Nut auf, und die Querschnittsfläche eines der beiden Abschnitte bildet eine größere Ventilöffnung des Ventils, als die Querschnittsfläche des anderen Abschnitts.
Das Ventil ist einfach und kostengünstig herzustellen und die Größe der Ventilöffnung, respektive eine beliebige Änderung der Größe der Ventilöffnung in Axialrichtung des Ventils, sind ganz einfach durch die Ausbildung der Nut zu gestalten.
Die Nut kann eine gerade oder gewundene Nut sein. Dabei kann sich die gerade Nut zum Beispiel parallel zu einer Längsachse des Ventils erstrecken, die gewundene Nut kann beispielsweise mäander- oder spiralförmig sein.
Die Nut kann direkt an einer Stirnseite des Ventilkörpers beginnen, oder erst in einem Abstand von der Stirnseite, und sich bevorzugt bis zu der anderen Stirnseite des Ventilkörpers durchgehend erstrecken. Das heißt, die Nut weist über ihren Verlauf keine Unterbrechung auf, die die Nut in Längsrichtung des Ventilkörpers in zwei Teilnuten trennen würde.
Die Größe der Ventilöffnung wird dabei bestimmt von einem Verhältnis eines die Querschnittsflächen bildenden Anteils des Ventilkörpers zu dem die Querschnittsfläche bildenden Anteil der Nut, wenn diese Querschnittsfläche die Ventilöffnung bildet. Bei einer Querschnittsfläche ganz ohne Nut-Anteil ist die Ventilöffnung gleich Null, da der Ventilkörper die Ventilöffnung vollkommen blockiert. Bei einer Querschnittsfläche mit einem Nut-Anteil entspricht die Ventilöffnung dem Nut-Anteil.
Der Ventilkörper kann mehr als eine Nut in einer Umfangsrichtung aufweisen. Der Ventilkörper ist im Regelfall ein zylindrischer Körper mit konstantem Durchmesser, kann aber zum Beispiel auch quadratisch, mehreckig oder oval geformt sein. Von einem konstanten Durchmesser wird auch dann gesprochen, wenn der Ventilkörper an wenigstens einem seiner stirnseitigen Enden angefast ist.
Die Nut kann eine einheitliche Breite und/oder Tiefe aufweisen und an einer Stirnseite des Ventilkörpers offen sein.
Die Nut kann alternativ eine sich ändernde Breite und/oder Tiefe aufweisen, mit einem der der offenen Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite zugewandten Ende mit einem kontinuierlichen oder stufenförmigen Auslauf.
Durch die Gestaltung des Auslaufs der Nut kann vorteilhafterweise konstruktiv bestimmt werden, ob sich das Ventil schlagartig, kontinuierlich oder bei zunehmenden/abnehmendem Druck schneller oder langsamer öffnet.
Die Nut kann an oder nahe der offenen Stirnseite des Ventilkörpers eine maximale Breite und/oder maximale Tiefe aufweisen.
Als Breite der Nut wird hier der Abstand der sich in Längsrichtung des Ventilkörpers gegenüberliegenden Ränder der Nut verstanden, wobei die Ränder scharfkantig oder angefast oder gerundet sein können. Die Tiefe der Nut ist der Abstand eines Nutbodens zu einer imaginären Oberfläche des Ventilkörpers im Bereich der Nut.
Bei einer Nut mit einer einheitlichen Tiefe ist der Übergang in Längsrichtung des Ventilkörpers von dem Außenumfang des Ventilkörpers in die Nut eine einzige Stufe mit einem Stufenwinkel von 90°. Der Stufenwinkel ist dabei ein Winkel zwischen dem Nutboden und einer Stirnwand der Nut, respektive ein Winkel zwischen der Oberfläche des Ventilkörpers und der Stirnseite der Nut. Ein Ventilkörper mit dieser Nut kann zum Beispiel eine Abblasventil oder Bypass-Ventil in einem System bilden.
Bei einer Nut mit einer über die Länge der Nut veränderlichen Tiefe kann der Übergang von der Oberfläche des Ventilkörpers in die Nut weich gestaltet, zum Beispiel durch mehrere Stufen mit beliebigem Stufenwinkel, oder kontinuierlich, zum Beispiel rampenförmig, gebildet sein. Ein Ventil mit dieser Nut kann zum Beispiel ein Steuerventil zum Steuern eines Fluidmassenstroms bilden.
Die Anordnung und Ausgestaltung der Nut/Nuten am Ventilkörper erlaubt/en eine beliebige Modulation der Ventilöffnung des Ventils, sodass zum Beispiel ein optimaler Öffnungsgrad des Ventils für unterschiedliche Druckwerte erreicht werden kann. Insbesondere kann die Gestaltung der Nuten ein kombiniertes Steuer-Abblas-Ventil bilden, das mit einem ersten Abschnitt das Steuerventil und mit einem sich daran anschließenden zweiten Abschnitt das Abblassventil oder Not-Abblassystem in einem Fluidstrom bilden kann. Durch die Funktion als Not-Abblasventil können Schäden am Verbrennungsmotor bei zum Beispiel Überhitzung oder Vereisung vermieden werden.
Das Ventil kann einen Verschlusskopf aufweisen, der hauben- oder pilzförmig gebildet sein kann, mit einer Umfangsnut an einer Auflageseite des Verschlusskopfes. Die Umfangsnut kann eine Prallfläche für den Abgasstrom bildet, gegen die vom Abgasstrom mitgeführte Feinpartikel prallen und dadurch aus dem Abgasstrom abgeschieden werden. Bei den Feinpartikeln kann es sich beispielsweise um kleinste Öl- oder Wassertropfen oder um Russpartikel handeln.
Das heißt, das Ventil mit Verschlusskopf kann vorteilhafterweise an der Prallfläche Partikel aus dem Abgasstrom ausscheiden, eine Größe eines durch das Ventil strömenden Abgasmassenstroms regeln und/oder als Not-Abblasventil dienen.
Ein weiterer Aspekt betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Abgaspartikeln eines Verbrennungsmotors.
Die Vorrichtung umfasst einen Abscheider, ein Ventil, das mit dem Abscheider verbunden ist, und mit dem ein Abgasmassenstrom durch den Abscheider regelbar ist. Dabei ist ein vorgegebener maximaler Abgasmassenstrom durch den Abscheider kleiner als ein Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors bei einer maximalen Drehzahl.
Bei dem Abscheider kann es sich um einen Abscheider handeln, der aus einem Abgasstrom nach dem Verbrennungsmotor vom Abgas mitgeführte Partikel, wie feinste Öl- oder Wassertröpfchen oder Russpartikel, abscheidet.
Bei dem vorgegebenen Abgasmassenstrom kann es sich um den Abgasmassenstrom handeln, der von dem Verbrennungsmotor im Normalbetrieb erzeugt wird. Als Normanbetrieb wird ein Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Drehzahlbereich bezeichnet, in dem der Verbrennungsmotor überwiegend betrieben wird.
Dieser vorgegebene Abgasmassenstrom, respektive ein Drehzahlbereich für den Normalbetrieb des Verbrennungsmotors, kann beispielsweise durch statistische Auswertung von Fahrtdaten einfach ermittelt und bei der Auslegung des Abscheiders für einen speziellen Kraftfahrzeugtyp berücksichtigt werden.
Der Abscheider, der für den Normalbetrieb konzipiert wurde, kann kleiner gebaut werden, was zu niedrigeren Herstellungskosten für den Abscheider, zu einem niedrigeren Gewicht des Kraftfahrzeugs und damit zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs führt. Außerdem führt die verbesserte Auslastung des Abscheiders über die Zeit zu einer verbesserten Abscheidung von feinen Partikeln aus dem Abgas im Teillastbereich des Verbrennungsmotors.
Das Ventil kann durch ein Federelement in eine Schließposition vorgespannt sein und gegen eine Spannkraft des Federelements öffnen, wenn ein Druck, respektive ein Druck des Abgases, im Abscheider gleich oder größer einem durch das Federelement, respektive die Spannkraft des Federelements, bestimmten Grenzdruckwert ist. Dadurch ist auf einfache Weise eine feine Steuerung eines Öffnungsgrads des Ventils möglich.
Das heißt, dass der gesamte Abgasmassenstrom durch den Abscheider geleitet wird, bis eine baulich vorgegebene Kapazität des Abscheiders erreicht oder überschritten wird. Öffnet das Ventil beim Erreichen oder Überschreiten des Grenzdruckwerts im Abscheider, wird ein Teil-Abgasmassenstrom des Abgases durch das Ventil ausgeleitet und dem durch den Abscheider fließenden Abgasmassenstrom entzogen. Der weiterhin durch den Abscheider fließende Abgasmassenstrom entspricht dem insbesondere optimalen Abgasmassenstrom für den der Abscheider konzipiert wurde. Der Abgasmassenstrom durch den Abscheider wird im Wesentlichen konstant gehalten, auch wenn der Verbrennungsmotor mit einer Drehzahl betrieben wird, die oberhalb des Drehzahlbereichs für den Normalbetrieb des Verbrennungsmotors liegt. Der „überschüssige” Teil-Abgasmassenstrom wird durch das Ventil zum Beispiel an ein weiteres Aggregat oder über den Katalysator an die Umwelt abgegeben.
Bei dem Grenzdruckwert kann es sich insbesondere um den Druck des Abgases im Abscheider handeln, der bei dem vorgegebenen maximalen Abgasmassenstrom durch den Abscheider auftritt. Dadurch ist gewährleistet, dass der Abscheider im Normalbetrieb und bei Drehzahlen des Verbrennungsmotors immer optimal ausgelastet ist. Dadurch wird eine optimale oder maximale Reinigung des durch den Abscheider fließenden Abgasmassenstroms erreicht.
Das Ventil kann beim Erreichen oder Überschreiten des Grenzdruckwerts kontinuierlich oder sprunghaft öffnen.
Das heißt, bei einem intakten Verbrennungsmotor kann das Ventil in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors über der Drehzahl für den Normalbetrieb so weit öffnen, dass sich im Wesentlichen nur der durch die höhere Drehzahl erzeugte zusätzliche Teil-Abgasmassenstrom durch das Ventil ausströmt. Insbesondere bei einer Störung, wie einer Überhitzung oder Vereisung, in dem Entlüftungssystem des Verbrennungsmotors kann das Ventil sprunghaft öffnen, wodurch wenigstens ein großer Teil des Abgases durch das Ventil ausströmen kann. Das Ventil wirkt so als Not-Abblassystem für das Entlüftungssystem und kann helfen Schäden an dem Verbrennungsmotor, dem Abscheider oder anderen Aggregaten zu verhindern.
Das Ventil kann einen Ventilkopf mit einer Prallfläche für das durch das Ventil ausströmende Abgas aufweisen, an der Partikel aus dem Abgas abgeschieden und zurück in das Ventil beschleunigt werden können. Gleichzeitig kann das Ventil einen Abgasmassenstrom durch den Abscheider steuern und im Schadensfall das Not-Abblasventil für den Abscheider, respektive das Entlüftungssystem des Verbrennungsmotors bilden.
Ein minimaler Öffnungsdruck für das Ventil kann durch eine durch den Druck beaufschlagbare Querschnittsfläche des Ventils und/oder eine Federkonstante und/oder einen Vorspannung des Federelements bestimmt werden.
Das Ventil kann einen Ventilkörper aufweisen, wie er oben bereits im Detail beschrieben wurde.
Der Verbrennungsmotor kann ein Verbrennungsmotor oder Hybridmotor für ein Kraftfahrzeug sein. Als Kraftstoff für den Verbrennungsmotor kommen insbesondere ein Dieselkraftstoff, Benzin oder Autogas in Frage.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren um bei einem Betrieb eines Verbrennungsmotors in einem Teillastbereich, der kleiner ist als eine Last des Verbrennungsmotors bei einer maximalen Drehzahl, einen konstanten Abgasmassenstrom in einem Abscheider aufrecht zu erhalten.
Das Verfahren umfasst die Schritte:

a) Leiten eines Abgasmassenstroms durch den Abscheider, bei dem Betrieb des Verbrennungsmotors in diesem Teillastbereich,
b) Öffnen eines mit dem Abscheider verbundenen Ventils, bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit einer Last, die gleich oder größer ist, als der Teillastbereich,
c) Ableiten eines Teil-Abgasmassenstroms durch das Ventil vor oder an dem Abscheider,
d) Schließen des Ventils, wenn der Verbrennungsmotor wieder in dem Teillastbereich betrieben wird.

Das Verfahren kann ohne jegliche Rechnerunterstützung durchgeführt werden und ist somit ein robustes, wenig störanfälliges Verfahren.
Bei dem Teillastbereich kann es sich insbesondere um einen Lastbereich respektive einem Drehzahlbereich, des Verbrennungsmotors handelt, in dem der Verbrennungsmotor überwiegend betrieben wird.
Da der Abscheider die besten Ergebnisse erzielt, wenn er voll ausgelastet ist, kann der für das Verfahren verwendete Abscheider so konzipiert sein, dass er durch den in dem genannten Teillastbereich des Verbrennungsmotors erzeugten Abgasmassenstrom an seine Kapazitätsgrenze stößt. Das heißt, der Abscheider ist nicht für einen maximalen Abgasmassenstrom konzipiert, sondern für einen Abgasstrom, der beim Betrieb des Kraftstoffmotors über die Zeit überwiegend erzeugt wird.
Dies führt zu einem kleineren Abscheider, wodurch Herstellungskosten gespart und der Ausstoß von Schadstoffen reduziert werden können.
Das Ventil kann in einer Zuführleitung für das Abgas vom Verbrennungsraum zu dem Abscheider und/oder direkt am Abscheider angeordnet sein. Das Ventil kann einen Verschlusskörper aufweisen, wie es bereits im Detail im vorgehenden Text beschrieben wurde.
Für die gesamte Beschreibung und die Ansprüche gilt, dass der Ausdruck „ein” als unbestimmter Artikel benutzt wird und die Anzahl von Teilen nicht auf ein einziges beschränkt. Sollte „ein” die Bedeutung von „nur ein” haben, so ist dies für den Fachmann aus dem Kontext zu verstehen oder wird durch die Verwendung geeigneter Ausdrücke wie zum Beispiel „ein einziger” eineindeutig offenbart.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1: Verschlusskörper einer ersten Ausführung,
2: Verschlusskörper einer zweiten und dritten Ausführung,
3: Schema einer Vorrichtung zum Optimieren eines Abgasmassenstroms durch einen Abscheider,
4: Ventil in einer perspektivischen Sicht, geschlossen und teil-geöffnet,
5: Skizze eines Verfahrensablaufs.
In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist ein Ventil 1 oder Verschlusskörper 1 für ein Entlüftungssystem eines Verbrennungsmotors in einer Seitenansicht und einer Draufsicht von unten gezeigt.
Der Verschlusskörper 1 umfasst einen Verschlusskopf 2 und einen Ventilkörper oder Schaft 3. In dem Schaft 3 ist eine Nut 4 gebildet, die sich von einer Verschlussfläche 2a des Verschlusskopfs 2 bis zu einem vom Verschlusskopf 2 entfernten Ende 3a des Schafts 3 erstreckt.
Die Nut 4 erstreckt sich parallel zu einer Mittellängsachse L des Verschlusskörpers 1 und weist eine erstes Ende auf, das direkt an einer Auflagefläche 2a des Verschlusskopfs 2 beginnt, und ein zweites Ende am Ende 3a des Schafts 3.
Der Verschlusskopf 2 weist die Auflagefläche 2a und eine hinter die Auflagefläche zurückstehende Umfangsnut 2b auf, wobei sich die Umfangsnut 2b um den Umfang des Schafts 3 erstreckt.
Der Verschlusskopf 2 liegt mit der Auflagefläche 2a auf der Außenseite 5a eines Bauteils 5 auf. Zwischen einer Innenseite 5b des Bauteils 5 und einem mit dem Schaft 3 verbundenen Ringelement 6 ist eine Federelement 7 eingespannt, das den Verschlusskörper 1 in eine Verschlussposition vorspannt, in der die Auflagefläche 2a des Verschlusskopfs 2 dichtend auf der Außenseite 5a des Bauteils 5 aufliegt.
Die Nut 4 weist einen ersten Abschnitt 8 auf, in dem sich eine Tiefe T der Nut 4 kontinuierlich ändern kann, das heißt, die Nut 4 rampenförmig in den Schaft 3 zum Beispiel mittels eines spanabhebenden Verfahrens eingearbeitet ist, und einen zweiten Abschnitt 9, der über seine Länge eine im Wesentlichen gleiche Tiefe T aufweist. Eine Breite B der Nut 4 ist im Wesentlichen über deren gesamte Länge konstant.
Im praktischen Einsatz kann durch die Nut 4 ein Medium, beispielsweise das Abgas eines Verbrennungsmotors, strömen und so von einer Seite zur anderen Seite des Bauteils 5 gelangen. Insofern fungiert der Verschlusskörper 1 als Ventil 1, der einen Durchtritt des Mediums durch die Öffnung 5c ermöglicht.
Der erste Abschnitt 8 kann sich in axialer Richtung kontinuierlich ändernde Querschnitte aufweisen, die, wenn sie beim Öffnen des Ventils in der Ebene der Außenseite 5a des Bauteils 5 liegen, unterschiedlich große Ventilöffnungen bilden. Das heißt, je nach einem Öffnungsgrad des Ventils 1 kann ein größerer oder kleinerer Massenstrom eines Mediums, zum Beispiel eines Abgases eines Verbrennungsmotors, durch das Ventil 1 aus dem Bauteil 5 ausströmen. Das heißt, der erste Abschnitt 8 kann dazu benutzt werden, den Druck in einem druckbelasteten System oder Aggregat zu regeln.
Der zweite Abschnitt 9 der Nut 4 öffnet das Ventil vollständig, sobald er in die Ebene der Außenseite 5a des Bauteils 5 bewegt wurde. Die Nut 4 weist im zweiten Abschnitt ihre größte Tiefe T auf und ermöglicht dadurch einen maximalen Durchfluss durch das Ventil. Im Bereich des zweiten Abschnitts 9 kann das Ventil als Not-Abblasventil oder Not-Bypass für das druckbelastete System oder Aggregat benutzt werden.
Wenn das durch das Ventil ausströmende Medium oder Abgas Partikel, wie feine Öltropfen, feine Wassertropfen oder kleinste Feststoffpartikel ausweist, können diese Partikel bei einem Aufprall des Abgases auf die Auflageseite 2a, respektive in der Ringnut 2b, des Verschlusskopfes 2 aus dem Abgas ausgeschieden, an der Oberfläche der Umfangsnut 2b abgestoßen und von der Ringnut 2b senkrecht nach unten zurück beschleunigt werden.
In der 2 sind weitere Ausführungen des Ventils 1 gezeigt, eines in einer geschlossenen Position und das andere in einer teilweise geöffneten Position.
Bei der Ausführung A) geht der Schaft 3 in einer scharfen Kante 3c in die Nut 4 über, die über ihre gesamte Länge eine gleiche Tiefe T und Breite B aufweist. Mit diesem Verschlusskörper 1 kann ein Ventil nur zwischen den Stellungen vollständig geschlossen oder vollständig geöffnet geschaltet werden, wenn der Außendurchmesser D des Schafts 2 im Abschnitt 8 im Wesentlichen dem Durchmesser D5 einer Öffnung 5c in dem Bauteil 5 entspricht, das heißt, kein die Dichtheit brechender Spalt gebildet wird, solange noch eine Teil des Abschnitts 8 innerhalb der Öffnung 5c liegt.
Bei der Ausführung B) weist der Schaft 3 des Verschlusskörpers 1 mehrere parallel zu einander verlaufende spiralförmige Nuten 4a, 4b auf, mit jeweils einem ersten Abschnitt 8 und einem zweiten Abschnitt 9. Die Nuten 4a, 4b beginnen direkt in der Umfangsnut 2b. In der 2 ist der Verschlusskörper 1 der Ausführung B) in einer Position gezeigt, in der das Ventil teilweise geöffnet ist. Das heißt, ein Querschnitt durch den Abschnitt 8 bildet die Ventilöffnung respektive bestimmt die Größe der Ventilöffnung und damit eine durch das Ventil 1 ausströmenden Menge des Abgases pro Zeiteinheit.
Die 3 zeigt in einer skizzenhaften Darstellung eine Vorrichtung 10 zum Optimieren eines Abgastroms durch einen Abscheider 11 für Partikel, wobei der Abscheider 11 im Ausführungsbeispiel über eine Zuführungsleitung 12 mit einem Verbrennungsraum 14 verbunden ist.
Der Abscheider 11 weist ein Ventil 15 auf, die Zuführungsleitung 12 ein weiteres Ventil 16, das mit dem Ventil 15 identisch sein kann oder sich von dem Ventil 15 zum Beispiel durch einen vorgegebenen Grenzdruckwert unterscheidet.
Die Vorrichtung 10 kann beide Ventile 15, 16 oder nur das Ventil 15 oder nur das Ventil 16 aufweisen. Um beide Ventile 15, 16 respektive die beiden bevorzugten Einbauorte des Ventils 15, 16 zeigen zu können, werden in der Illustration beide Ventile 15, 16 gezeigt.
Eines oder jedes der Ventile 15, 16 kann einen Verschlusskörper 1 aufweisen, wie er in den 1 und 2 dargestellt ist.
Der Abscheider 11 kann einen Auslass 17 aufweisen, der geöffnet werden kann, um in dem Abscheider 11 angesammelte Partikel mittels zum Beispiel des Abgasmassenstroms aus dem Abscheider 11 auszuspülen.
Der durch den Abscheider 11 geleitete und im Abscheider 11 gereinigte Abgasstrom kann über die Leitung 18 an ein weiteres Aggregat oder zum Beispiel über einen Katalysator an die Umgebung abgegeben werden.
Die 4 zeigt ein Ventil 15 in einer geschlossenen (4 links) und teil-geöffneten (4 rechts) Position. Das Ventil 15 weist einen Verschlusskörper 1 mit einem Verschlusskopf 2 und einem Schaft 3 mit einer spiralförmigen Nut 4 auf.
Das Ventil 15 weist ein Ventilgehäuse 15a mit einer angeformten Schulter 15b auf, und ein Ringelement 6, das mit dem Ventilgehäuse 15a verbunden ist.
Zwischen der Schulter 15b und dem Ringelement 6 ist ein Federelement 7 gefangen, das den Schaft 3 umgibt. Der Schaft 3 weist ein vom Verschlusskopf 2 wegweisendes Ende 3a mit einer Fase 3b auf. Das angefaste Ende 3a steht bei dem geschlossenen Ventil 15 nach unten durch das Ringelement 6 vor. Der Verschlusskopf 2 weist eine hinter die Auflagefläche 2a zurückstehende Umfangsnut 2b auf, die eine Prallfläche für ein durch das Ventil 15 strömendes Abgas bildet.
Die 5 skizziert einen Ablauf eines beispielhaftes Verfahrens, mit dem ein konstanter Abgasmassenstrom durch einen Abscheider 11 für Partikel aufrechterhalten werden kann.
Aus dem Verbrennungsraum 14 eines Verbrennungsmotors wird ein Abgasmassenstrom M_V, der maximal einem Abgasmassenstrom für eine vorgegebene Last des Verbrennungsmotors entspricht, von dem Verbrennungsraum 14 direkt oder über eine Zuführungsleitung 12 in einen Abscheider 11 geleitet.
In dem Abscheider 11 und/oder in der Zuleitung 12 baut sich durch den Abgasmassenstrom M_V ein Druck D_A auf. Wenn der Druck D_A im Abscheider 11 kleiner oder gleich einem vorgegebenen Grenzdruckwert D_G ist, strömt der Abgasmassenstrom M_V, nach einer Trennung von Partikeln aus dem Abgasmassenstrom M_V, gereinigt aus dem Abscheider aus.
Baut ein Abgasmassenstrom M_Ü, der größer ist als der Abgasmassenstrom M_V, einen Druck D_A im Abscheider 11 auf, der gleich oder größer dem vorgegebenen Grenzdruckwert D_G ist, kann der den vorgegebenen Grenzdruckwert D_G übersteigende Druck D_Ü, respektive ein diesen Überdruck D_Ü im Abscheider 11 erzeugender Teilabgasmassenstrom M_T über zum Beispiel wenigstens ein Abblasventil 15, 16, unter Umgehung des Abscheiders 11, aus der Zuführungsleitung 12 zum Abscheider 11 und/oder aus dem Abscheider 11 direkt abgelassen werden. Dadurch kann der Abgasmassenstrom M_V durch den Abscheider im Wesentlichen konstant gehalten werden, auch wenn ein Abgasmassenstrom M_Ü oder eine Blockade oder Beschädigung des Abscheiders 11 im Abscheider 11 einen Überdruck D_Ü erzeugen, der höher ist, als ein für den Abscheider vorgegebener Grenzdruckwert D_G.
Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Ventil, Verschlusskörper
2: Stirnseite, Verschlusskopf
2a: Auflagefläche
2b: Umfangsnut
3: Ventilkörper, Schaft
3a: Ende, Stirnseite
3b: Fase, Ende
3c: Kante
4: Nut
4a: Nut
4b: Nut
5: Bauteil
5a: Oberfläche
5b: Unterseite
5c: Öffnung
6: Ringelement
7: Federelement
8: Abschnitt
9: Abschnitt
10: Vorrichtung
11: Abscheider
12: Zuführungsleitung
13: Schulter
14: Verbrennungsraum
15: Ventil
15a: Ventilgehäuse
15b: Schulter
16: Ventil
17: Ablass
18: Leitung
B: Breite
D: Außendurchmesser
D_A: aktueller Druck
D_G: Grenzdruckwert
D_Ü: Überdruck
L: Mittellängsachse
M_V: vorgegebener Abgasmassenstrom
M_Ü: Abgasmassenstrom > M_V
T: Tiefe

Claims

Ventil (1) zur Durchflussregelung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors (14), aufweisend: – einen Ventilkörper (3) mit wenigstens zwei in einer Längsrichtung des Ventilkörpers (3) hintereinander liegenden Abschnitten (8, 9) mit unterschiedlichen Querschnittsflächen, wobei – der Ventilkörper (3) in seiner Umfangsfläche wenigstens eine sich in der Längsrichtung erstreckende Nut (4) aufweist, und – die Querschnittsfläche des Abschnitts (9) eine größere Ventilöffnung bildet, als die Querschnittsfläche des Abschnitts (8).
Ventil nach Anspruch 1, wobei die Nut (4) eine einheitliche Breite (B) und/oder Tiefe (T) aufweist und an einer Stirnseite (3a) des Ventilkörpers (3) offen ist.
Ventil nach Anspruch 1, wobei die Nut (4) eine sich ändernde Breite (B) und/oder Tiefe (T) und in Richtung der der offenen Stirnseite (3a) gegenüberliegenden Stirnseite (2) einen kontinuierliche oder stufenförmigen Auslauf aufweist.
Ventil nach dem vorgehenden Anspruch, wobei die Nut (4) an oder nahe der offenen Stirnseite (3a) eine maximale Breite (B) und/oder maximale Tiefe (T) aufweist.
Ventil nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das Ventil (1) einen die Stirnseite (2) bildenden Verschlusskopf (2) aufweist.
Ventil nach dem vorgehenden Anspruch, wobei der Abschnitt (8) in Längsrichtung des Ventils (1) zwischen dem Verschlusskopf (2) und dem Abschnitt (9) angeordnet ist.
Ventil nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Verschlusskopf (2) pilzförmig gebildet ist, mit einer Umfangsnut (2b) an einer Auflageseite (2a), die eine Prallfläche für den Abgasstrom bildet.
Vorrichtung zum Abscheiden von Abgaspartikeln eines Verbrennungsmotors, die Vorrichtung umfassend: – einen Abscheider (11), – ein Ventil (15, 16), das mit dem Abscheider (11) verbunden ist, und mit dem ein Abgasmassenstrom durch den Abscheider (11) regelbar ist, wobei – ein vorgegebener maximaler Abgasmassenstrom durch den Abscheider (11) kleiner ist als ein Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors bei einer maximalen Drehzahl.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Ventil (5, 6) durch ein Federelement in eine Schließposition vorgespannt ist und das Ventil (5, 6) öffnet, wenn ein Druck im Abscheider (11) gleich oder größer einem durch das Federelement bestimmten Grenzdruckwert (D_G) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Grenzdruckwert (D_G) dem Druck im Abscheider (11) bei dem vorgegebenen maximalen Abgasmassenstrom entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei sich das Ventil (5, 6) beim Erreichen oder Überschreiten des Grenzdruckwerts (D_G) kontinuierlich oder sprunghaft öffnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Ventil (15, 16) Partikel aus dem Abgas abscheidet, einen Abgasmassenstrom durch den Abscheider (11) steuert und ein Not-Abblasventil für den Abscheider (11) bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei ein minimaler Öffnungsdruck für das Ventil (15, 16) durch eine durch den Druck beaufschlagbare Querschnittsfläche des Ventils (15, 16) und/oder eine Federkonstante und/oder einen Vorspannung des Federelements (7) bestimmt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Ventil (15, 16) ein Ventil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.