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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasrückführ(EGR)-ventil, welches in einem Abgasrückführungsdurchlass eines Abgasrückführapparats vorgesehen ist und von einem Aktuator angetrieben wird.
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Einschlägiger Stand der Technik
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Bezüglich der oben genannten Art von Technik gibt es ein herkömmlich bekanntes Abgasrückführventil (EGR)
61, zum Beispiel mit Tellerventilstruktur, wie in
7 und
8 gezeigt wird. Dieses herkömmliche Abgasrückführventil
61 ist mit einem Gehäuse
62, welches einen Durchlass
63 für rückzuführendes Abgas einschließt, einem Ventilsitz
64, welcher an irgendeiner Stelle im Durchlass
63 vorgesehen ist, einem Ventilelement
65, welches so vorgesehen ist, dass es sitzbar auf dem Ventilsitz
64 gelagert ist und eine Messstrecke
80 für rückzuführendes Abgas zwischen dem Ventilelement
65 und dem Ventilsitz
64 ausbildet, einem Ventilschaft
66, welcher, an seinem einen Ende, mit dem Ventilelement
65 so ausgeführt ist, dass er das Ventilelement
65 bezüglich des Ventilsitzes
64 bewegen kann, und einem Aktuator
68, um eine Hubbewegung des Ventilschafts
66 zusammen mit dem Ventilelement
65 in axialer Richtung auszuführen, ausgestattet. Der Ventilschaft
66 wird durch Hub vom Aktuator
68 bewegt, um einen Öffnungsgrad der Messstrecke
80 einzustellen und eine Flussrate von rückzuführendem Abgas, welches durch den Durchlass
63 fließen kann, zu regulieren. Demzufolge werden die Charakteristika der Gasflussrate des herkömmlichen Abgasrückführventils
61 durch die Formen des Ventilelements
65 und des Ventilsitzes
64 definiert.
JP 2008 -
202 516 A offenbart ein Beispiel dieses Typs von Abgasrückführventil.
7 ist eine Querschnittsansicht, welche einen vollkommen geschlossenen Zustand des herkömmlichen Abgasrückführventils
61 zeigt.
8 ist eine Querschnittsansicht, welche einen vollkommen offenen Zustand des herkömmlichen Abgasrückführventils
61 zeigt.
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Dokument
US 6 168 134 B1 offenbart ein Durchflussregelventil mit einem regelbaren Durchflussbereich, der mit der Ventilverschiebung variiert. Das Durchflussregelventil enthält ein Ventilelement vom Tellerventiltyp, das so montiert ist, dass es sich in einem in einem Ventilgehäuse gebildeten Ventilhohlraum zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position hin- und herbewegt. Das Ventilgehäuse hat einen Einlass- und einen Auslasskanal, damit Flüssigkeit hindurchfließen kann. Ein herausnehmbarer Einsatz mit einem Strömungsdurchgang ist in dem Ventilhohlraum neben dem Tellerventil angeordnet, um die Strömungsrate von gasförmigem Fluid vom Einlassdurchgang zum Auslassdurchgang zu steuern, während sich das Tellerventil in einer offenen Stellung befindet. Die Bewegung des Sitzventils von einer geschlossenen in eine offene Stellung verändert die effektive Querschnittsströmungsfläche des Strömungskanals.
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Dokument
US 2007/0 194 260 A1 offenbart eine Ventilvorrichtung mit einem Ventilgehäusekörper mit einem Durchgang für Fluid, einer in dem Ventilgehäusekörper ausgebildeten Ventilführung, einem in der Ventilführung gleitenden Ventilschaft zum Öffnen und Schließen des Ventils, einem hydraulischen Stellglied zum Öffnen und Schließen eines Ventils und einem hydraulischen Steuerventil zum Steuern des hydraulischen Stellglieds, wobei ein Abstreifer an einem Ende der Durchgangsseite der Ventilführung zum Abstreifen der Ablagerungen auf dem Ventilschaft vorgesehen ist. Ferner sind der hydraulische Aktuator und das hydraulische Steuerventil in den Ventilgehäusekörper integriert. Darüber hinaus ist die Vorrichtung mit einer Düse versehen, die auf die Ventilführung ausgerichtet ist und eine Öffnung zum Ausstoßen von unter Druck stehendem Öl zur Kühlung aufweist.
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Dokument
DE 10 2005 030 779 A1 offenbart ein Abgasrückführventil, mit einem Gehäuse mit Einlass- und Auslassöffnung für das Abgas, zwischen denen zur Steuerung des Durchflusses ein Ventilsitz und ein damit zusammenwirkendes Ventilglied angeordnet sind, das mittels eines in einem Lager geführten Schaftes betätigbar ist, und mit zumindest einem Ablenkelement im Durchflussraum zum teilweisen Ablenken des Gasstromes vom Schaft und dessen Lager. Das Ablenkelement ist als von der Gehäuseinnenwandung aus quer zur Anströmung des Abgases in den Durchflussraum hineinragender und mindestens bis zum Schaft reichender Vorsprung, insbesondere Gehäusevorsprung, ausgebildet.
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Derweil hat der vorliegende Anmelder einen Fluss von rückzuführendem Abgas in einem herkömmlichen Abgasrückführventil 61 analysiert und herausgefunden, dass ein Fluss von rückzuführendem Abgas wegen der Form der Messstrecke 80, welche durch den Ventilsitz 64 und das Ventilelement 65 definiert ist, blockiert oder gestört wird. Genauer gesagt ist im herkömmmlichen Abgasrückführventil 61 der Ventilsitz 64 ringförmig und hat ein Ventilloch 64a in dessen Mitte. Das Ventilelement 65 hat eine nahezu abgeflachte Kegelform. Gemäß 7 und 8 beinhaltet der Ventilsitz 64 eine erste Stirnfläche 64b und eine zweite Stirnfläche 64c, welche in axialer Richtung angeordnet sind. Die innere Umfangsfläche des Ventillochs 64a ist so angeschrägt, dass die Hälfte des Ventilloches 64a in axialer Richtung einen inneren Durchmesser besitzt, welcher hin zur stromabwärts gerichteten Seite des rückzuführenden Abgases, genauer gesagt hin zur ersten Stirnfläche 64b, zunimmt. Das Ventilelement 65 ist so beschaffen, dass, in einem vollkommen geschlossenen Zustand wie in 7 gezeigt, ein minimaler Anteil des äußeren Durchmessers 65a des Ventilelements 65 innerhalb des Ventillochs 64a angeordnet ist und ein Anteil um den maximalen Anteil des äußeren Durchmessers 65b des Ventilelements 65 in Kontakt mit einer inneren Umfangskante der zweiten Stirnfläche 64c des Ventilsitzes 64 steht, um das Ventilloch 64a zu verschließen.
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9 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Ergebnis einer CAE-Analyse eines Flusses an rückzuführendem Abgas (Gasflussrichtung des rückzuführendem Abgases und Verteilung der Gasflussgeschwindigkeit des rückzuführenden Abgases) im Durchlass 63 in einem vollkommen geöffneten Zustand zeigt. 10 ist ein erläuterndes Diagramm, welches ähnlicherweise ein Ergebnis einer CAE-Analyse des Flusses von rückzuführendem Abgas (Gasflussgeschwindigkeitsverteilung des rückzuführenden Abgases) im Durchlass 63 im vollkommen geöffneten Zustand in dem herkömmlichen Abgasrückführventil 61 zeigt. In 9 und 10 trifft der Fluss des rückzuführenden Abgases entlang der inneren Umfangsfläche des Durchlasses 63 auf die zweite Stirnfläche 64c des Ventilsitzes 64 und ändert die Richtung um 90° zum Ventilloch 64a hin. Danach durchläuft der Fluss des rückzuführenden Abgases durch die Messstrecke 80, welche zwischen dem Ventilsitz 64 und dem Ventilelement 65 definiert ist, und fließt in Richtung der stromabwärts gerichteten Seite des Durchlasses 63, während er sich entlang der angeschrägten Form des Ventillochs 64a ausbreitet. Wie in 8 und 9 gezeigt wird, ist im herkömmlichen Abgasrückführventil 61 an der zweiten Stirnfläche 64c des Ventilsitzes 64 die Öffnungsfläche der Messstrecke 80 minimal. Dementsprechend wird der Fluss des rückzuführenden Abgases stromaufwärts der Messstrecke 80 durch die Messstrecke 80 beschränkt, und der zur Messstrecke 80 stromabwärts gerichtete Fluss breitet sich von der Messstrecke 80 aus, was zu einem großen Druckverlust führt. Daher werden vor und hinter der Messstrecke 80 Stillstand und ein Ablösen (Eddy) des rückzuführenden Abgasflusses hervorgerufen, was zu einer Blockierung oder Störung des Gasflusses des rückzuführenden Gases führt. Wie in 9 und 10 gezeigt wird, breitet sich der Gasfluss des rückzuführenden Abgases, wenn er durch den Ventilsitz 64 strömt, aus, so dass die Flussgeschwindigkeit in einer Position nahe der Mitte (Ventilschaft 66) des Durchlasses 63 relativ ansteigt, aber die Flussgeschwindigkeit wird unter dem Einfluss vom Eddy-Fluss und anderen in einer Position nahe der äußeren Umfangsseite im Durchlass 63 verringert. Die Flussgeschwindigkeit des rückzuführenden Gases steigt nur in einem Bereich nahe des Ventilschafts 66 relativ an, und die Flussgeschwindigkeit steigt in anderen Bereichen nicht so an.
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Hierbei offenbart zum Beispiel JP H09- 42 072 A ein Abgasrückführventil, welches so beschaffen ist, dass die Form des Ventilsitzes so gestaltet ist, dass sie einen Fluss des rückzuführenden Abgases in einem geringen Öffnungsbereich akkurat steuern kann, und eine maximale Flussrate des rückzuführenden Abgases in einem weiten Öffnungsbereich sicherstellen kann. Wie in 11 gezeigt wird, ist ein Gehäuse 82 dieses Abgasrückführventils in einem Teil, welches einem Ventilsitz entspricht, vorgesehen, mit einem den Durchmesser erweiternden Teil 87, das einen Gasdurchlass stetig aufweitet, von einem Teil des Sitzabschnittes 84, auf dem ein plattenähnliches Ventilelement 85 sitzbar gelagert ist, hin zu der Ventilöffnungsseite. Dieses den Durchmesser erweiternde Teil 87 hat eine konvexe Kurvenform, welches einen inneren Durchmesser, welcher stetig hin zu einer stromaufwärts gerichteten Seite ansteigt, besitzt. Die Rate, mit der der Durchmesser eines Bereichs 88 des den Durchmessers vergrößernden Teils 87 auf der Ventilöffnungsseite ansteigt, wird so gewählt, dass sie größer ist als die Rate, mit der der Durchmesser des Bereichs 89 auf der Seite, welche nahe des Ventilsitzabschnitts 84 ist, ansteigt. 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche einen Teil des Gehäuses des Abgasrückführventils zeigt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Problem, welches durch die Erfindung gelöst wird
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Jedoch wird sogar im Abgasrückführventil, welches in JP H09- 42 072 A offenbart wird, gemäß 11 festgestellt, dass ein Öffnungsbereich der Messstrecke 90, definiert zwischen dem den Durchmesser vergrößernden Teil 87 und dem Ventilelement 85, in einem vollkommen geöffneten Zustand kleiner ist als andere Teile in einem vollkommen offenen Zustand. Dementsprechend wird der Gasfluss an rückzuführendem Abgas von stromaufwärts der Messstrecke 90 scharf in der Messstrecke 90 begrenzt, und der Gasfluss des rückzuführenden Abgases nach stromabwärts der Messstrecke 90 steigt abrupt von der Messstrecke 90 ausgehend, was in einem großen Druckverlust resultiert. Daher werden vor und nach der Messstrecke 90 Stillstand und ein Ablösen (Eddy) des rückzuführenden Abgasflusses hervorgerufen, was zu einer Blockierung oder Störung des Gasflusses des rückzuführenden Abgases führt. Hierbei ist es im Abgasrückführventil notwendig, den inneren Durchmesser des Teils des Sitzabschnitts 84, auf welchem das Ventilelement 85 sitzbar ist, zu erhöhen, um eine maximale Flussrate von rückzuführendem Abgas zu erhöhen. Daher konnte der Fluss des rückzuführenden Abgases in einem geringen Öffnungsbereich nicht akkurat gesteuert werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde wegen der oben erwähnten Umstände getätigt und hat den Zweck, ein Abgasrückführventil zur Verfügung zu stellen, welches dazu in der Lage ist, eine maximale Flussrate von rückzuführendem Abgas zu erhöhen, ohne dabei den Öffnungsbereich einer Messstrecke zwischen einem Ventilsitz und einem Ventilelement im Besonderen zu erhöhen.
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Maßnahmen um das Problem zu lösen
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Um den oben genannten Zweck zu erfüllen, stellt ein Aspekt der Erfindung ein Abgasrückführventil zur Verfügung, welches beinhaltet:
ein Gehäuse, welches einen Durchlass für rückzuführendes Abgas beinhaltet;
einen Ventilsitz, welcher im Durchlass vorgesehen ist;
ein Ventilelement, welches so vorgesehen ist, dass es sitzbar auf dem Ventilsitz ist und so angeordnet ist, dass es eine Messstrecke des rückzuführenden Abgases zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement bildet; und
einen Ventilschaft, vorgesehen mit dem Ventilelement an einem Ende, wobei das Ventilelement so konfiguriert ist, dass es sich zusammen mit dem Ventilschaft ezüglich des Ventilsitzes bewegt, um einen Öffnungsbereich der Messstrecke einzustellen und eine Flussrate des rückzuführenden Abgases zu regulieren, wobei der Ventilsitz ein Ventilloch in einer Mitte von diesem beinhaltet und das Ventilloch eine konkave Kurvenform besitzt, so dass ein innerer Durchmesser des Ventillochs von einer stromabwärts gerichteten Seite hin zu einer stromaufwärts gerichteten Seite des Ventillochs allmählich zunimmt, wobei eine stromabwärts gerichtete Seite des Ventillochs sich in den Durchlass öffnet,
wobei das Ventilelement innerhalb des Ventilloches angeordnet und so ausgeführt ist, dass es zusammen mit dem Ventilschaft in einer axialen Richtung des Ventilsitzes beweglich ist zwischen einer vollkommen geschlossenen Stellung, in der das Ventilelement mit der inneren Umfangsoberfläche des Ventillochs in Kontakt steht, und einer vollkommen geöffeten Position, in welcher das Ventilelement weitestmöglich von der inneren Umfangsoberfläche des Ventillochs entfernt ist,
und wobei das Ventilelement eine Form aufweist, die auf einer stromaufwärts gerichteten Seite des Sitzabschnitts konvex gekrümmt ist, und auf einer stromabwärts gerichteten Seite des Sitzabschnitts konkav gekrümmt ist,
und wobei, während das Ventilelement in vollkommen geöffneter Position vorhanden ist, Teile der Messstrecke in Flussrichtung des rückzuführenden Abgases ungefähr die gleichen Durchgangsweiten haben, und wobei das Ventilelement eine nahezu kegelförmige Gestalt hat, beinhaltend einen Abschnitt mit minimalem Außendurchmesser und einen Abschnitt mit maximalem Außendurchmesser, der einen maximalen Außendurchmesser besitzt, so dass der Abschnitt mit maximalem Außendurchmesser im Durchlass stromaufwärts des Abschnitts mit minimalem Außendurchmesser angeordnet ist verglichen mit dem Abschnitt mit minimalem äußeren Durchmesser, und eine äußere Umfangsoberfläche des Ventilelements um den Abschnitt mit minimalem Außendurchmesser konkav gekrümmt ist und konvex gekrümmt ist um den Abschnitts mit maximalem Außendurchmesser,
wobei sich der maximale Anteil des äußeren Durchmessers des Ventilelements weiter innerhalb des Ventillochs als die zweite Stirnfläche des Ventilsitzes in axialer Richtung befindet, während sich das Ventilelement in der vollkommen geöffneten Stellung befindet.
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Auswirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine maximale Flussrate von rückzuführendem Abgas zu erhöhen, ohne dabei die Öffnungsfläche einer Messstrecke, welche zwischen Ventilsitz und einem Ventilelement definiert ist, besonders zu erhöhen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht von vorne, welche ein Abgasrückführventil in einem vollkommen geschlossenen Zustand in einer Ausführungsform zeigt;
- 2 ist eine andere Querschnittsansicht in Vorderansicht, welche das Abgasrückführventil in einem vollkommen offenen Zustand in der Ausführungsform zeigt;
- 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche einen Teil, welcher von einer rechteckigen gestrichelten Linie in 2 umgeben ist, zeigt;
- 4 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Ergebnis einer CAE-Analyse des Flusses an rückzuführendem Abgasfluss (Flussrichtung von rückzuführendem Gas und Geschwindigkeitsverteilung an rückzuführendem Gas) in einem Durchlass im vollkommen geöffneten Zustand des Abgasrückführventils in der Ausführungsform zeigt;
- 5 ist ein erläuterndes Diagramm, welches das Ergebnis einer CAE-Analyse (Flussgeschwindigkeitsverteilung des rückzuführenden Abgases) eines Flusses eines rückzuführendem Abgases im Durchlass in vollkommen geöffnetem Zustand des Abgasrückführventils in der Ausführungsform zeigt;
- 6 ist ein Diagramm, welches die Charakteristika der Gasflussrate durch Vergleich zwischen dem Abgasrückführventil in der Ausführungsform und einem herkömmlichen Abgasrückführventil zeigt;
- 7 ist eine Querschnittsansicht, welche ein herkömmliches Abgasrückführventil in einem vollkommen geschlossenen Zustand in einem herkömmlichen Beispiel zeigt;
- 8 ist eine Querschnittsansicht, welche das herkömmliche Abgasrückführventil in einem vollkommen geöffneten Zustand im herkömmlichen Beispiel zeigt;
- 9 ist eine erläuternde Ansicht, welche das Ergebnis einer CAE-Analyse eines Flusses an rückzuführendem Abgas (Flussrichtung des rückzuführenden Abgases und die Flussgeschwindigkeitsverteilung des rückzuführenden Abgases) in einem Durchlass in einem vollkommen geöffneten Zustand des herkömmlichen Abgasrückführventils im herkömmlichen Beispiel zeigt;
- 10 ist eine erläuternde Ansicht, welche das Ergebnis einer CAE-Analyse eines rückzuführenden Abgasflusses (Flussgeschwindigkeitsverteilung an rückzuführendem Abgas) im Durchlass im vollkommen geöffneten Zustand des herkömmlichen Abgasrückführventils im herkömmlichen Beispiel zeigt; und
- 11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, welche einen Teil eines Ventillochs eines Abgasrückführventils in einem anderen herkömmlichen Beispiel zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform eines Abgasrückführventils (EGR-Ventil), welches die vorliegende Erfindung verkörpert, erfolgt nun mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen.
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1 ist eine Querschnittsansicht eines Abgasrückführventils 1 in einem vollkommen geschlossenen Zustand von vorne. 2 ist eine Querschnittsansicht des Abgasrückführventils 1 in einem vollkommen geöffneten Zustand von vorne. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils, welches von einer rechteckigen gestrichelten Linie S1 in 2 umgeben ist. Das Abgasrückführventil 1 wird in einem Abgasrückführdurchlass vorgesehen, um einen Teil des Abgases, welches von einem Motor zu einem Ansaugbereich als rückzuführendes Abgas zurückgeleitet wird, und wird dazu benutzt, um eine Flussrate an rückzuführendem Abgas zu regulieren.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, beinhaltet das Abgasrückführventil 1 ein Gehäuse 2, einen Durchlass für rückzuführendes Abgas 3, welcher im Gehäuse 2 ausgebildet ist, einen Ventilsitz 4, welcher im Mittelpunkt des Durchlasses 3 vorgesehen ist, ein Ventilelement 5, welches sitzbar auf dem Ventilsitz 4 vorgesehen ist und eine Messstrecke 20 bildet, um rückzuführendes Abgas in Kooperation mit dem Ventilsitz 4 zu messen, einen Ventilschaft 6, welcher, an seinem einen Ende, mit dem Ventilelement 5 versehen ist, um das Ventilelement 5 bezüglich des Ventilsitzes 4 zu bewegen, und einen Aktuator 8, um eine Antriebswelle 7 zu rotieren, um den Ventilschaft 6 wechselseitig in einer axialen Richtung zusammen mit dem Ventilelement 5 zu bewegen (Hubbewegung). Dieses Abgasrückführventil 1 ist so beschaffen, so dass das Ventilelement 5 zusammen mit dem Ventilschaft 6 durch den Aktuator 8 bezüglich des Ventilsitzes 4 bewegt wird, um einen Öffnungsbereich der Messstrecke 20 einzustellen und dabei eine Flussrate von rückzuführendem Abgas im Durchlass 3 zu regulieren.
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Der Durchlass 3 wird im Gehäuse 2 so ausgebildet, dass die gesamte Form des Durchlasses 3 um einen rechten Winkel in einer fast hakenförmigen Form gebogen ist. Beide Enden des Durchlasses 3 bilden einen Einlass 3a, durch welchen Flüsse von rückzuführendem Abgas in den Durchlass 3 fließen, und einem Auslass 3b, durch welchen rückzuführendes Gas aus dem Durchlass 3 hinaus fließt. Der Ventilsitz 4 wird getrennt vom Gehäuse 2 vorgesehen und im Durchlass 3 installiert.
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Der Ventilschaft 6 ist zwischen dem Aktuator 8 und dem Ventilelement 5 vorgesehen und ist so platziert, dass er sich vertikal durch das Gehäuse 2 in 1 und 2 erstreckt. Das Ventilelement 5 ist an einem unteren Ende des Ventilschaftes 6 vorgesehen und hat eine nahezu kegelförmige Form. Dieses Ventilelement 5 wird in oder aus den Kontakt mit dem Ventilsitz 4 bewegt. Eine Federhalterung 9 ist integral an einem oberen Ende des Ventilschaftes 6 ausgebildet. Zwischen Gehäuse 2 und dem Ventilschaft 6 sind ein erstes Axiallager 10 und ein zweites Axiallager 11 in Reihe angeordnet, um den Ventilschaft 6 dabei zu unterstützen, Hubbewegung des Ventilschaftes 6 zuzulassen. Jedes der Axiallager 10 und 11 hat eine nahezu zylindrische Form und ist fest in ein Montageloch 2a, welches in der Mitte des Gehäuses 2 ausgebildet ist, eingepasst. Ein Querschnitt des ersten Axiallagers 10 hat eine nahezu ovale Form und reguliert die Rotationsrichtung des Ventilschafts 6.
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Der Aktuator 8 besteht aus einem Schrittmotor und beinhaltet einen Stator 22, der eine Spule 21 beinhaltet, einen Magnetrotor 23, welcher innerhalb des Stators 22 angeordnet ist, und eine Abtriebswelle 7, welche in der Mitte des Magnetrotors 23 vorgesehen ist. Die oben genannten Bauteile 7 und 21 bis 23 sind von einem Harzgehäuse 24 abgedeckt. Dieses Gehäuse 24 ist integral ausgebildet mit einem Verbindungsstück 25, welches seitwärts herausragt. Das Verbindungsstück 25 ist mit Anschlüssen 26 ausgestattet, welche sich jeweils von der Spule 21 erstrecken.
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Die Abtriebswelle 7 hat eine Schraube 7a mit Außengewinde auf einem äußeren Umfang. Ein unteres Ende der Abtriebswelle 7 ist mit der Federhalterung 9 verbunden, welche am oberen Ende des Ventilschafts 6 vorgesehen ist. Der Magnetrotor 23 beinhaltet einen Rotorkörper 27 und einen zylindrischen Plastikmagnet 28, welcher integral auf dem äußeren Umfang des Rotorkörpers 27 vorgesehen ist. Ein erstes Radiallager 29 ist am äußeren Umfang des oberen Endstücks des Rotorkörpers 27 und zwischen diesem und dem Gehäuse 24 vorgesehen. Ein zweites Radiallager 30 ist am inneren Umfang des unteren Endteils des Plastikmagneten 28 und zwischen diesem und dem ersten Axiallager 10 vorgesehen. Durch diese oberen und unteren Radiallager 29 und 30 ist der Magnetrotor 22 rotierbar innerhalb des Stators 22 gelagert. Der Rotorkörper 27 ist in seiner Mitte mit einer Schraube 27a mit Innengewinde ausgebildet, welche mit einem Gewinde mit der Schraube 7a mit Innengewinde der Antriebswelle 7 in Eingriff steht. Eine erste Druckfeder 31 ist zwischen dem Magnetrotor 23 und dem unteren zweiten Radiallager 30 vorgesehen. Eine zweite Druckfeder 32 ist zwischen dem Federhalter 9 am oberen Ende des Ventilschafts 6 und dem zweiten Radiallager 30 vorgesehen, um den Ventilschaft 6 gegen den Magnetrotor 23 zu drücken.
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Zwischen dem Gehäuse 2 und dem Ventilschaft 6 ist eine fast zylindrische Lippendichtung 15 angrenzend an das zweite Axiallager 11 vorgesehen, um Abdichtung zwischen dem Gehäuse 2 und dem Ventilschaft 6 zu realisieren. Diese Lippendichtung 15 ist direkt in das Montageloch 2a eingepresst. Der Ventilschaft 6 erstreckt sich durch die Mitte der Lippendichtung 15.
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In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Ventilsitz 4, wie in 1 bis 3 gezeigt, ein Ventilloch 4a, welches in dessen Mitte ausgebildet ist, und ferner eine erste Stirnfläche 4b und eine zweite Stirnfläche 4c, welche in axialer Richtung angeordnet sind (eine Oben-Unten-Richtung in 1 bis 3). Die erste Stirnfläche 4b ist so angeordnet, dass sie einer stromabwärts gerichteten Seite des Durchlasses 3 gegenübersteht, und die zweite Stirnfläche 4c ist so angeordnet, dass sie einer stromaufwärts gerichteten Seite des Durchlasses 3 gegenübersteht. Die innere Umfangsoberfläche des Ventilloches 4a beinhaltet eine konkave Kurvenform, so dass der innere Durchmesser des Ventilloches 4a stetig hin zur zweiten Stirnfläche 4c zunimmt.
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Das Ventilelement 5 ist innerhalb des Ventilloches 4a angeordnet und so beschaffen, dass es zusammen mit dem Ventilschaft 6 in axialer Richtung des Ventilsitzes 4 zwischen einer vollkommen geschlossenen Position, in der das Ventilelement 5 mit der inneren Umfangsoberfläche des Ventilloches 4 in Kontakt steht, wie in 1 gezeigt, und einer vollkommen geöffneten Position, in der das Ventilelement 5 weitestmöglich von der inneren Umfangsoberfläche des Ventilloches 4a, wie in 2 gezeigt wird, entfernt ist, beweglich ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 und 3 dargestellt, haben Teile der Messstrecke 20 in Flussrichtung des rückzuführenden Gases ähnliche Durchlassweiten im Querschnitt („Durchlassweite“), während sich das Ventilelement 5 in vollkommen geöffneter Position befindet. Genauer gesagt, werden, wie in 3 gezeigt wird, ein erstes Teil P1, ein zweites P2, ein drittes Teil P3, und ein viertes Teil P4 der Messstrecke 20 annähernd gleich zueinander bezüglich der Durchlassweite gefertigt. Dementsprechend ist in diesem Zustand die Messstrecke 20 durchgängig von ihrem oberen Ende zu ihrem unteren Ende mit fast der gleichen Durchlassweite.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 1 bis 3 gezeigt, ist das Ventilelement 5 am unteren Ende des Ventilschafts 6 so befestigt, dass der Ventilschaft 6 durch das Ventilelement 5 durchdringt. Das Ventilelement 5 beinhaltet einen minimalen Durchmesseranteil 5a und einen maximalen äußeren Durchmesseranteil 5b und ist so angeordnet, dass der maximale Anteil des äußeren Durchmessers 5b mehr stromaufwärts angeordnet ist als der minimale äußere Durchmesseranteil 5a im Durchlass 3. Die äußere Umfangsoberfläche des Ventilelements 5 hat eine konkave Kurvenform nahe des minimalen äußeren Durchmesseranteils 5a und eine konvexe Kurvenform nahe des maximalen äußeren Durchmesseranteils 5b. Eine Schulter 41 ist an einer Grenzfläche zwischen dem minimalen äußeren Umfangsanteil 5a des Ventilelements 5 und dem Ventilschaft 6 vorgesehen. Diese Schulter 41 ist so angeordnet, dass sie eher stromabwärts gerichtet als die erste Stirnfläche 4a des Ventilsitzes 4, in einem beweglichen Bereich des Ventilelements 5 von der vollkommen geschlossenen Position und der vollkommen geöffneten Position, wie in 1 und 2 dargestellt.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 und 3 gezeigt, befindet sich der maximale Anteil des äußeren Durchmessers 5b des Ventilelements 5 weiter innerhalb des Ventillochs 4a als die zweiten Stirnfläche 4c des Ventilsitzes 4 in axialer Richtung, während sich das Ventilelement 5 in der vollkommen geöffneten Stellung befindet.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin der Durchlass 3 in der Form der inneren Oberfläche verschieden vom herkömmlichen Abgasrückführventil 61, wie in 7 und 8 und weiter unten dargestellt ist. Genauer gesagt, ist in der Reihenfolge von direkt stromabwärts des Ventilsitzes 4, ein erster Teil P11 des Durchlasses 3 hin zur stromabwärtigen Seite abgeschrägt, ein zweiter Teil P12 ist gekrümmt, und ein dritter Teil P13 ist so abgeschrägt, dass er sich hin zur stromabwärts gerichteten Seite aufweitet.
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In Bezug auf das Abgasrückführventil 1 der vorliegenden Ausführungsform wie oben beschrieben, ist der Ventilschaft 6 durch den Aktuator 8 durch Hub bewegt, so dass sich das Ventilelement 5 zusammen mit dem Ventilschaft 6 bezüglich des Ventilsitzes 4 bewegt, wodurch der Öffnungsbereich der Messstrecke 20 eingestellt wird, um eine Flussrate von rückzuführendem Abgas im Durchlass 3 zu regulieren. Hierbei beinhaltet die innere Umfangsfläche des Ventillochs 4a des Ventilsitzes 4 eine konkave Kurvenform, so dass der innere Durchmesser stetig hin zur zweiten Stirnfläche 4c, welche sich auf der stromaufwärts gerichteten Seite befindet, ansteigt. Während sich das Ventilelement 5 in einer vollkommen geöffneten Position befindet, ist die Weite des Durchlasses in jedem Teil der Messstrecke 20 in Richtung des rückzuführenden Abgasflusses jeweils ähnlich. Dementsprechend kann das rückzuführende Abgas gleichmäßig von der stromaufwärts gerichteten Seite des Durchflusses 3 in das Ventilloch 4 entlang der kurvenförmigen inneren Umfangsoberfläche des Loches 4a fließen, ohne dabei durch die Messstrecke 20 zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Ventilelement 5 scharf beschränkt zu sein, und kann direkt aus dem Ventilloch 4a hin zur stromabwärts gerichteten Seite des Durchlasses 3 herausfließen. Dies kann Druckverlust des rückzuführenden Abgases reduzieren und daher Stagnation und Ablösung (Eddy), was dazu führen kann, dass ein Fluss von rückzuführendem Abgases vor und hinter der Messstrecke 20 gestört werden kann, reduzieren. Dies führt zu einem schnellen Fluss von rückzuführendem Abgas zu einer stromabwärts gerichteten Seite der Messstrecke 20 im Durchlass 3. Es ist daher möglich, die maximale Flussrate an rückzuführendem Abgases zu erhöhen, ohne insbesondere die Öffnungsfläche der Messstrecke 20 zu erhöhen. Da der Öffnungsbereich der Messstrecke 20 nicht besonders erhöht wird, kann die Flussrate des rückzuführenden Abgases in einem geringen Öffnungsbereich präzise reguliert werden.
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4 ist eine erläuternde Ansicht, welche das Ergebnis einer CAE-Analyse eines Flusses an rückzuführendem Abgas (Flussrichtung des rückzuführenden Abgases und Geschwindigkeitsverteilung des rückzuführenden Abgases) im Durchlass 3 im vollkommen geöffnetenen Zustand des Abgasrückführventils 1 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 4 zeigt die Richtung jedes Pfeiles eine Flussrichtung von rückzuführendem Abgas an, was bedeutet dass die Flussgeschwindigkeit des rückzuführenden Abgases höher ist wenn der Pfeil dicker ist. 5 ist eine erläuternde Ansicht, welche das Ergebnis einer CAE-Analyse eines Flusses an rückzuführendem Abgas (Flussgeschwindigkeitsverteilung eines rückzuführenden Abgases) im Durchlass 3 in vollkommen geöffnetem Zustand des Abgasrückführventils 1 der vorliegenden Ausführungsform ist . In 5 gibt eine dunklere Schraffierung wieder, dass die Flussgeschwindigkeit des rückzuführenden Abgases höher ist. Wie in 4 und 5 gezeigt wird, wurde herausgefunden, dass der Fluss an rückzuführendem Abgas entlang der inneren Umfangsoberfläche des Durchlasses 3 zum Ventilloch 4a fließt, ohne auf die zweite Stirnfläche 4c des Ventilsitzes 4 aufzutreffen, in der Messstrecke 20 zwischen Ventilsitz 4 und dem Ventilelement 5 in einer höher werdenden Flussgeschwindigkeit stromabwärts fließt, und direkt aus dem Ventilloch 4a hin zur stromabwärtigen Seite des Durchlasses 3 ausfließt. Außerdem wurde herausgefunden, dass das rückzuführende Abgas, welches aus dem Ventilloch 4a herausfließt, entlang der oberen Seite der inneren Umfangsoberfläche des Durchlasses 3 zu einem Auslass 3a fließt, wobei es eine hohe Flussgeschwindigkeit beibehält. In dem Abgasrückführventil 1 in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, kann das rückzuführende Abgas, welches aus dem Ventilloch 4a herausfließt, die hohe Flussgeschwindigkeit beibehalten, so dass die maximale Flussrate an rückzuführendem Abgas um genau so viel erhöht werden kann. Andererseits wurde, wie in 9 und 10 dargestellt, bezüglich des herkömmlichen Abgasrückführventils 61 herausgefunden, dass die Fließgeschwindigkeit des rückzuführenden Abgases, welches aus der Messstrecke zwischen dem Ventilsitz 64 und dem Ventilelement 65 heraus fließt, in Flussrichtung nur um den Ventilschaft 66 herum ansteigt, aber an Geschwindigkeit verliert, wenn der Fluss weiter entfernt vom Ventilschaft 66 ist. Im herkömmlichen Abgasrückführungsventil 61 ist es daher unmöglich, die maximale Flussrate des rückzuführenden Abgases, welches aus dem Ventilloch 64a heraus fließt, zu erhöhen.
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6 ist ein Diagramm, welches das Abgasrückführventil 1 in der vorliegenden Ausführungsform und das herkömmliche Abgasrückführventil 61 zeigt, indem die Charakteristika der Gasflussraten verglichen werden. In dieser Abbildung repräsentiert die horizontale Achse den Ventilhub, welcher dem Öffnungsgrad von Abgasrückführventil 1 und 61 entspricht, und die vertikale Achse repräsentiert eine Flussrate des rückzuführenden Abgases. Hierbei wird dieser Vergleich vorgenommen, wobei angenommen wird, dass der innere Durchmesser des Ventilloches 4a des Abgasrückführventils 1 gleich ist dem inneren Durchmesser des Ventilloches 64a des Abgasrückführventils 61. Diese Abbildung legt offen, dass die Charakteristika der Flussrate in einem geringen Öffnungsbereich bei den Abgasrückführventilen 1 und 61 ähnlich zueinander sind, und daher kann die Flusssteuerung akkurat vorgenommen werden. Dieses Diagramm offenbart weiterhin, dass in einer mittleren Öffnungsregion und einer hohen Öffnungsregion sowohl eine größer werdende Rate der Flussrate als auch eine maximale Flussrate im Abgasrückführventil 1 in der vorliegenden Ausführungsform größer sind als im herkömmlichen Abgasrückführventil 61.
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In der vorliegenden Ausführungsform entsprechen, während sich das Ventilelement 5 im vollkommen geöffnetenen Zustand befindet, eine konkave Kurve und eine konvexe Kurve der äußeren Umfangsoberfläche des Ventilelements 5 in axialer Richtung einer konvexen Kurve und einer konkaven Kurve der inneren Umfangsoberfläche des Ventilsitzes 4 in axialer Richtung. Der Raum für die Messstrecke 20 zwischen dem Ventilelement 5 und dem Ventilsitz 4 ist leicht in Flussrichtung des rückzuführenden Abgases gebogen. Daher fließt das rückzuführende Abgas gleichmäßig in die Messstrecke 20 hinein und fließt direkt aus dem Ventilloch 4a hin zur stromabwärts gerichteten Seite des Durchlasses 3 heraus. In dieser Hinsicht kann der Druckverlust des rückzuführenden Abgases reduziert werden, das rückzuführende Abgas kann weiterhin gleichmäßig zu einer mehr stromabwärts gerichteten Seite als die Messstrecke 20 im Durchlass 3 fließen. Dies kann weiterhin die maximale Flussrate des rückzuführenden Abgases erhöhen, ohne im Speziellen den Öffnungsbereich der Messstrecke 20 zu erhöhen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist der Anteil mit maximalem Außendurchmesser 5b des Ventilelements 5 im vollkommen geöffneten Zustand weiter innen im Ventilloch 4a positioniert als die zweite Stirnseite 4c des Ventilsitzes 4. Dementsprechend ändert sich die Durchlassweite jeden Teils P1-P4 in der Messstrecke 20 in Flussrichtung des rückzuführenden Gases nicht stark durch den Anteil mit maximalem Außendurchmesser 5b des Ventilelementes 5. Daher kann das rückzuführende Gas gleichmäßig durch die Messstrecke 20 fließen und kann aus dem Ventilloch 4a direkt zu einer stromabwärts gerichteten Seite des Durchlasses 3 herausfließen. In dieser Hinsicht ist es möglich, den Druckverlust des rückzuführenden Abgases zu reduzieren, das rückzuführende Gas gleichmäßiger hin zu einer Seite, welche mehr stromabwärts gerichtet ist als die Messstrecke 20 im Durchlass 3, fließen zu lassen, und ferner die maximale Flussrate des rückzuführenden Gases zu erhöhen, ohne dabei speziell die Öffnungsfläche der Messstrecke 20 zu erhöhen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ragt die Schulter 41 zwischen dem Ventilelement 5 und dem Ventilschaft 6 nicht in das Ventilloch 4a des Ventilsitzes 4 hinein, so dass der Durchlassabschnitt mit jedem Teil P1 bis P4 in der Messstrecke 20 in Flussrichtung des rückzuführenden Abgases sich nicht schlagartig durch die Schulter 41 ändert. Daher kann das rückzuführende Abgas gleichmäßig in die Messstrecke 20 hineinfließen und aus dem Ventilloch 4a direkt hin zur stromabwärts gerichteten Seite des Durchlasses 3 herausfließen. In dieser Hinsicht kann Druckverlust des rückzuführenden Abgases reduziert werden, das rückzuführende Abgas kann gleichmäßiger zum Durchlass 3 stromabwärts der Messstrecke 20 fließen, und die maximale Flussrate von rückzuführendem Abgas kann weiterhin erhöht werden, ohne im Speziellen die Öffnungsfläche der Messstrecke 20 zu erhöhen.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist weiterhin die Form der inneren Oberfläche des Durchlasses 3 so ausgebildet, dass der erste Teil P11 abgeschrägt hin zur stromabwärts gerichteten Seite ist, der zweite Teil P12 eine Kurvenform besitzt, und der dritte Teil P13 abgeschrägt ist, um sich hin zur stromabwärts gerichteten Seite aufzuweiten. Diese Formen der inneren Oberfläche des Durchlasses 3 tragen ebenfalls zu gleichmäßigem Fluss des rückzuführenden Abgases bei, welches aus dem Ventilloch 4a des Ventilsitzes 4 herausfließt, wobei ermöglicht wird, dass die Flussgeschwindigkeit des rückzuführenden Abgases aufrecht erhalten oder erhöht wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben genannte Ausführungsform und kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne dabei von den wesentlichen Charakteristika von dieser abzuweichen.
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Zum Beispiel kann der Aktuator 8 ebenfalls ein Aktuator vom Diaphragma-Typ sein, obwohl er in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Schrittmotor besteht
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist anwendbar für einen Abgasrückführapparat, welcher in einem Benzin- und Dieselmotor vorhanden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasrückführventil
- 2
- Gehäuse
- 3
- Durchlass
- 4
- Ventilsitz
- 4a
- Ventilloch
- 4b
- erste Stirnfläche
- 4c
- zweite Stirnfläche
- 5
- Ventilelement
- 5a
- Anteil mit minimalem Außendurchmesser
- 5b
- Anteil mit maximalem Außendurchmesser
- 6
- Ventilschaft
- 20
- Messstrecke
- 41
- Schulter
