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Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführungsventil mit einem Ventilgehäuse und einem Aktorgehäuse, wobei das Ventilgehäuse einen Kühlmitteleinlass, einen Kühlmittelauslass und einen dazwischenliegenden Ventilkühlmittelkanal aufweist.
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Ein solches Abgasrückführungsventil wird eingesetzt bei einem Abgasrückführungsmodul. Dieses dient dazu, bei Verbrennungskraftmaschinen Abgas aus der Abgasleitung zu entnehmen und der Verbrennungsluft beizumischen. Dies dient der Reduktion von Stickoxiden (NOx) und der Einhaltung von Emissionsgrenzen gemäß den geltenden Vorschriften.
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Das Abgas kann beispielsweise unmittelbar am Abgaskrümmer entnommen werden und auf der Ansaugseite der Verbrennungskraftmaschine wieder eingeleitet werden. In Abhängigkeit von den Rahmenbedingungen wird das Abgas entweder gekühlt, bevor es der Verbrennungsluft zugeführt wird, oder es wird ungekühlt zugeführt.
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Um das Abgas kühlen zu können, weist das Abgasrückführungsmodul einen Abgaskühler auf, durch den das Abgas geführt werden kann. Wenn das Abgas ungekühlt zugeführt werden soll, wird ein Bypass geöffnet (beispielsweise durch eine Unterdruckdose, die ein Bypass-Klappenventil öffnet oder schließt), sodass das Abgas durch einen Bypasskanal strömt und den Wärmetauscher umgeht. Die Menge des Abgases, das insgesamt rückgeführt wird, wird dabei gesteuert durch ein Regelventil, das beispielsweise kennfeldgesteuert den gewünschten Volumendurchsatz ermöglicht.
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Da das Abgasrückführungsventil in der Nähe von abgasführenden Bauteilen angeordnet ist, sind sie hohen Wärmebelastungen ausgesetzt. Dies betrifft insbesondere Abgasrückführungsventile, die in der Nähe des Auspuffkrümmers angeordnet sind, da durch den Auspuffkrümmer Abgase mit einer Temperatur von bis zu 850°C strömen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, zu gewährleisten, dass das Abgasrückführungsventil ungeachtet der Wärmeabstrahlung von benachbarten Bauteilen zuverlässig arbeitet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Abgasrückführungsventil der eingangs genannten Art vorgesehen, dass vom Kühlmittelkanal ein Aktorkühlmittelkanal abzweigt. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, das Aktorgehäuse unmittelbar an den Ventilkühlmittelkanal anzuschließen, ohne dass externe Schläuche erforderlich sind. Somit entfallen die Kosten für diese Schläuche sowie die Schnittstellen (Schlauchschellen oder Schnellkupplungen) sowie das Risiko einer Undichtigkeit.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Aktorgehäuse mit dem Ventilgehäuse verschraubt ist und der Aktorkühlmittelkanal durch die Schnittstelle zwischen Aktorgehäuse und Ventilgehäuse verläuft. Hierdurch wird der Aktorkühlmittelkanal automatisch an den Kühlmittelkanal des Ventilgehäuses angeschlossen, wenn das Aktorgehäuse am Ventilgehäuse montiert wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anteil des Gesamtkühlmittelstroms, der durch den Aktorkühlmittelkanal strömt, durch die Größe der Strömungsquerschnitte von Ventilkühlmittelkanal und Aktorkühlmittelkanal eingestellt wird. Somit sind keine Ventilelemente oder ähnliche aktive Bauteile notwendig, um einen geeigneten Volumenstrom an Kühlmittel durch den Aktorkühlmittelkanal einzustellen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind dem Kühlmittelkanal und/oder dem Aktorkühlmittelkanal mindestens ein Drosselelement zugeordnet. Hierdurch kann ein gewisser Staudruck in einem Bereich des Kühlmittelkanals erzeugt werden, von dem der Aktorkühlmittelkanal abzweigt.
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Das Drosselelement kann eine Rippe sein, die einstückig mit dem Ventilgehäuse ausgeführt ist. Die Rippe kann durch Simulationen geeignet ausgelegt werden, sodass dann ohne weiteren Montageaufwand und das Risiko von Montagefehlern die Volumenströme geeignet auf die verschiedenen Kühlmittelkanäle verteilt werden.
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Das Ventilgehäuse besteht vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise einer Aluminiumlegierung. Hierdurch ist verhindert, dass sich im Ventilgehäuse Wärmenester bilden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass am Ventilgehäuse ein Wärmetauschergehäuse angebracht ist und dass der Kühlmittelauslass des Ventilgehäuses intern mit einem Kühlmitteleingang des Wärmetauschergehäuses in Strömungsverbindung steht. Bei dieser Ausgestaltung kann eine integrierte Kühlmittelführung durch das Abgasrückführungsventil und das Wärmetauschergehäuse erzielt werden, sodass externe Schlauchverbindungen nicht nötig sind. Hierdurch ergibt sich ein Bauraumgewinn. Weiterhin entfallen die Kosten für die externen Bauteile wie Schlauchanschlüsse und Schläuche, und das Risiko einer eventuellen Undichtigkeit entfällt ebenfalls.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
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1 in einer perspektivischen Explosionsansicht einen Zylinderkopf mit Abgasrückführungsmodul;
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2 den Zylinderkopf von 1 mit Abgasrückführungsmoudl in einer ersten perspektivischen Ansicht;
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3 in einer teilgeschnittenen Explosionsansicht das Abgasrückführungsventil angebracht an einem Wärmetauscher;
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4 in vergrößertem Maßstab ein Detail von 3;
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5 in einer schematischen Explosionsansicht das Abgasrückführungsventil; und
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6 in einer teilgeschnittenen, vergrößerten Ansicht ein Detail des Ventilgehäuses des Abgasrückführungsventils mit Wassermantel.
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Anhand der 1 und 2 wird nachfolgend der grundlegende Aufbau eines Abgasrückführungsmoduls erläutert, wie es im Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
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Es ist ein Zylinderkopf 10 zu sehen, der in an sich bekannter Weise dazu dient, mehreren Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine Ansaugluft zuzuführen und Verbrennungsgase von den Zylindern abzuführen. Die Ansaugluft wird über ein Ansaugsystem 12 bereitgestellt, und die Verbrennungsgase werden über einen Abgaskrümmer 14 abgeführt.
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Bei bestimmten Betriebszuständen kann ein Teil des Abgases aus dem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine entnommen und zur Ansaugseite zurückgeführt werden. Hierfür sind zwei unterschiedliche Strömungswege möglich.
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Ein erster Strömungsweg verläuft durch einen Wärmetauscher 16, in welchem dem Abgas Wärme entzogen werden kann. Zu diesem Zweck sind ein Kühlmittelzulauf 18 und ein Kühlmittelablauf 20 vorgesehen. Um den Volumenstrom durch den Wärmetauscher 16 zu steuern oder zu regeln, ist ein Abgasrückführungsventil 22 vorgesehen.
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Ein zweiter Strömungsweg verläuft durch einen Bypasskanal 24, durch den Abgas unter Umgehung des Wärmetauschers 16 direkt von der Abgas- zur Ansaugseite geleitet werden kann. Dem Bypasskanal 24 ist ein Bypassventil 26 zugeordnet, mit dem der Volumenstrom durch den Bypasskanal gesteuert oder geregelt werden kann.
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Kernmerkmal des in den 1 und 2 gezeigten Abgasrückführungsmoduls ist, dass vom Kühlmittelzulauf 18 zum Kühlmittelablauf 20 ein durchgehender Kühlmittelkanal vorgesehen ist, der sich durch das Abgasrückführungsventil 22 und den Wärmetauscher 16 erstreckt (siehe insbesondere die Pfeile in 3).
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Das Abgasrückführungsventil 22 weist ein Ventilgehäuse 50 auf, das über einen Montageflansch 52 an den Wärmetauscher 16 angeschlossen ist. Innerhalb des Ventilgehäuses 50 ist ein Strömungskanal A für Abgas gebildet, durch das dieses von einem Einlass 54 durch einen steuerbaren Strömungsquerschnitt zwischen einem Ventilsitz 56 und einem Ventilelement 58 hindurch zum Wärmetauscher 16 strömen kann. Das Ventilelement 58 wird hier von einem schematisch dargestellten Ventilantrieb 60 betätigt. Es kann sich beispielsweise um einen elektromagnetischen Ventilantrieb handeln.
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Das Ventilgehäuse 50 ist zumindest abschnittsweise doppelwandig ausgeführt, sodass im Ventilgehäuse 50 ein Kühlmittelkanal 62 gebildet ist. Durch diesen kann Kühlmittel vom Kühlmittelzulauf 18 zu einem Steckanschluss 64 erfolgen, an dem die Übergabe in den Innenraum eines Wärmetauschergehäuses 66 des Wärmetauschers 16 erfolgt. Der Steckanschluss 64 ist dabei in den Montageflansch 52 des Ventilgehäuses 50 und einen Montageflansch 68 des Wärmetauschergehäuses 66 integriert.
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Das Kühlmittel umströmt innerhalb des Wärmetauschergehäuses 66 mehrere Wärmeübertragungselemente 70, die eine mediendichte Trennung zwischen dem Abgasstrom und dem Kühlmittel darstellen. Aus dem Inneren des Wärmetauschergehäuses 66 strömt das Kühlmittel dann durch den Kühlmittelablauf 20 wieder aus.
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Das Ventilgehäuse 50 und das Wärmetauschergehäuse 66 können beide aus einer Aluminiumlegierung bestehen, sodass sie vom Kühlmittel auf einer niedrigen Temperatur gehalten werden. Vom Kühlmittel, das durch den Kühlmittelkanal 62 im Ventilgehäuse 50 strömt, kann ein Teil abgezweigt werden, um den Ventilantrieb 60 zu kühlen (siehe die 5 und 6). Zu diesem Zweck ist ein Eingang 90 vorgesehen, der zum Ventilantrieb 60 führt, sowie ein Ausgang 92, der das Kühlmittel zurück zum Ventilgehäuse 50 führt. Der Eingang 90 ist dabei in der Nähe des Kühlmittelzulaufs 18 angeordnet. Durch die Höhe einer innerhalb des Ventilgehäuses angeordneten Rippe 94 kann dort ein gewisser Staudruck erzeugt werden, durch den gewährleistet wird, dass das Kühlmittel durch den Eingang 90, den Ventilantrieb 60 und den Ausgang 92 zurück zum Kühlmittelkanal 62 strömt.
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Der Eingang 90 und der Ausgang 92 können in der Art von kleinen Stutzen ausgeführt sein, die in der Trennebene zwischen dem Ventilgehäuse 50 und dem Ventilantrieb 60 angeordnet sind. Hierdurch erfolgt automatisch ein mediendichter Anschluss des Ventilantriebs 60 an den Kühlmittelkanal 62, wenn der Ventilantrieb 60 am Ventilgehäuse 50 montiert wird. Wahlweise kann die Medianabdichtung auch über eine Flachdichtung (axial) oder O-Ringe (radial) bewerkstelligt werden.
