DE102016201266A1

DE102016201266A1 - Niederdruck-AGR-Ventil

Info

Publication number: DE102016201266A1
Application number: DE102016201266.5A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kuske; Daniel Roettger; Christian Winge Vigild
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Niederdruck-EGR-Ventil (1) mit wenigstens einer Drosselvorrichtung (5) und einem Gehäuse (19). In dem Gehäuse (19) sind ein Frischlufteinlass (2), ein Abgaseinlass (3) und ein mit einem Kompressor verbundener oder verbindbarer Auslass (4) angeordnet. Die Drosselvorrichtung (5) ist zum Beeinflussen einer durch den Frischlufteinlass (2) einströmenden Frischluftmenge und einer durch den Abgaseinlass (3) einströmenden Abgasmenge ausgebildet. Der Abgaseinlass (3) ist in einer Bodenfläche (6) des Gehäuses (19) angeordnet. Erfindungsgemäß ist dabei die Bodenfläche (6) so geformt, dass es von jedem Punkt der Bodenfläche (6) wenigstens einen auf der Bodenfläche (6) verlaufenden monoton fallenden Weg zu einem beliebigen Punkt eines Randes des Abgaseinlasses (3) gibt. Weitere Erfindungsaspekte betreffen ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Niederdruck-EGR-Ventil (1) und eine Verwendung eines solchen Niederdruck-EGR-Ventils (1) in einem Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Niederdruck-AGR-Ventil für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Niederdruck-AGR-Ventil und eine Verwendung eines solchen Kraftfahrzeuges.
Die Emissionen von Kraftfahrzeugen unterliegen gesetzlichen Bestimmungen, die das Ziel haben, Umweltbelastungen durch den Kraftfahrzeugverkehr zu vermindern. Dies trifft insbesondere auf den Ausstoß von Feinstaub wie beispielsweise Rußpartikeln und von Stickoxiden zu. Ein verbreiteter Ansatz, den Ausstoß von Stickoxiden zu vermindern, sieht vor, einen Teil des bei der Verbrennung des Kraftstoffes im Verbrennungsmotor entstehenden Abgases der Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor beizumischen, um so die Verbrennungstemperatur zu senken und die Verbrennung des Kraftstoffes ohne Sauerstoffüberschuss durchzuführen. Diese als Abgasrückführung (AGR) oder als Exhaust-Gas-Recirculation (EGR) bekannte Technik kann üblicherweise bei hohem oder niedrigem Druck, also schon vor (Hochdruck-EGR) beziehungsweise erst nach (Niederdruck-EGR) Passieren einer Abgasturbine und/oder von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, vorgenommen werden. Auch Kombinationen von Hochdruck- und Niederdruck-EGR können vorgesehen sein.
Für eine Abgasrückführung wird Abgas aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors durch einen Abzweig entnommen und der Frischluft über ein EGR-Ventil beigemischt und so die Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor erzeugt. Dabei kann üblicherweise das Mischungsverhältnis zwischen Frischluft und Abgas durch das EGR-Ventil beeinflusst werden, um geeignete Mischungsverhältnisse für unterschiedliche Fahrzustände zu ermöglichen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, bei einer sehr hohen Motorleistung die Rückführung von Abgas zu unterbrechen, weil hier viel Kraftstoff verbrannt wird und eine möglichst große Menge Sauerstoff mit der Verbrennungsluft zugeführt werden soll. Es kann aber auch vorgesehen sein, bei niedriger Motorleistung einen hohen Anteil von Abgas beizumischen, um die Verbrennung des Kraftstoffes ohne Sauerstoffüberschuss durchzuführen.
Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein verbessertes Niederdruck-EGR-Ventil einzuführen.
Die Erfindung führt daher ein Niederdruck-EGR-Ventil mit wenigstens einer Drosselvorrichtung und einem Gehäuse ein. In dem Gehäuse sind ein Frischlufteinlass, ein Abgaseinlass und ein mit einem Kompressor verbundener oder verbindbarer Auslass angeordnet. Die Drosselvorrichtung ist zum Beeinflussen einer durch den Frischlufteinlass einströmenden Frischluftmenge und einer durch den Abgaseinlass einströmenden Abgasmenge ausgebildet. Der Abgaseinlass ist in einer Bodenfläche des Gehäuses angeordnet. Erfindungsgemäß ist dabei die Bodenfläche so geformt, dass es von jedem Punkt der Bodenfläche wenigstens einen auf der Bodenfläche verlaufenden monoton fallenden Weg zu einem beliebigen Punkt eines Randes des Abgaseinlasses gibt.
Der in dem rückgeführten Abgas enthaltene Wasserdampf kann insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen durch die Abkühlung bei dem Kontakt mit der im Niederdruck-EGR-Ventil durch den Frischlufteinlass zugeführten Frischluft kondensieren. Ebenso kondensieren die im Abgas enthaltenen kondensierbaren Bestandteile beim Kontakt mit der kalten Wand des Niederdruck-EGR-Ventils, sofern der Taupunkt dieser Bestandteile unterschritten wird. Das Kondensat kann sich in dem Niederdruck-EGR-Ventil sammeln und unter Umständen sogar gefrieren. Der im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Niederdruck-EGR-Ventils an den Auslass angeschlossene Kompressor enthält ein sehr schnell rotierendes Verdichterrad, das das rückgeführte Abgas und die Frischluft ansaugt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass das Verdichterrad beschädigt werden kann, wenn Wassertropfen oder gar Eispartikel angesaugt werden und auf das Verdichterrad treffen. Das Niederdruck-EGR-Ventil der Erfindung besitzt den Vorteil, dass kondensiertes Wasser im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Niederdruck-EGR-Ventils von dem Auslass weg rinnt und durch den Abgaseinlass aus dem Niederdruck-EGR-Ventil abfließen kann. Das Wasser kann dann beispielsweise über den Abgastrakt abgeführt und an die Umgebung abgegeben werden. Als bestimmungsgemäßer Gebrauch ist hier zu verstehen, dass das Niederdruck-EGR-Ventil in ein Kraftfahrzeug eingebaut und das Kraftfahrzeug auf ebener Straße angeordnet ist.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der wenigstens eine Weg streng monoton fallend ist, weil hierdurch verhindert wird, dass sich Kondensat auf einer etwaigen ebenen beziehungsweise horizontal ausgerichtete Teilfläche der Bodenfläche sammelt. Vorzugsweise weist die Bodenfläche daher keine bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ebenen Teilflächen auf. Es kann zudem vorgesehen sein, dass jeder Punkt der Bodenfläche ein bestimmtes Mindestgefälle aufweist, beispielsweise ein Gefälle von wenigstens 10 Grad.
Besonders bevorzugt ist der Abgaseinlass des Niederdruck-EGR-Ventils an einem bei bestimmungsgemäßen Gebrauch tiefstgelegenen Punkt der Bodenfläche angeordnet, was ein vollständiges Abfließen des Kondensats aus dem Niederdruck-EGR-Ventil in den Abgastrakt gewährleistet.
Das Gehäuse kann ferner eine Wandung umfassen, die so geformt ist, dass es bei bestimmungsgemäßem Gebrauch von jedem Punkt der Wandung wenigstens einen auf der Wandung verlaufenden monoton fallenden, vorzugsweise streng monoton fallenden, Weg zu einem beliebigen Punkt eines Randes der Bodenfläche gibt. Dadurch wird gewährleistet, dass auf der Wandung anfallendes Kondensat die Wandung hinab zu der Bodenfläche fließt, wo es dann, wie oben erläutert, zum Abgaseinlass geleitet wird und durch diesen abfließt.
Das Gehäuse kann zudem eine Decke umfassen, die so geformt ist, dass es von jedem Punkt der Decke wenigstens einen auf der Decke verlaufenden monoton fallenden, vorzugsweise streng monoton fallenden, Weg zu einem beliebigen Punkt eines Randes der Wandung gibt. Hierdurch wird verhindert, das Kondensat in Tropfen an der Decke des Gehäuses anhaftet, wodurch das Risiko bestünde, dass sich solche Tropfen spontan lösen und über den Auslass in den Verdichter gesogen werden.
Ein zweiter Erfindungsaspekt betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Luftfilter, einem Kompressor, einer Niederdruckabgasrückführung und einem mit dem Luftfilter, der Niederdruckabgasrückführung und dem Kompressor verbundenen Niederdruck-EGR-Ventil gemäß dem ersten Erfindungsaspekt. Vorzugsweise ist die Niederdruckabgasrückführung dabei dazu ausgebildet, Kondensat aus dem Niederdruck-EGR-Ventil zu einem Abgasauslass des Kraftfahrzeuges hin abzuleiten.
Ein weiterer Erfindungsaspekt betrifft eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Niederdruck-EGR-Ventils in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, um eine über einen Luftfilter angesaugte Frischluft und ein von einem Abgastrakt zurückgeführtes Abgas in einem wählbaren Mengenverhältnis zu einer Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor zu mischen.
Bei der Verwendung kann ein Schritt des Öffnens des Abgaseinlasses des Niederdruck-EGR-Ventils im Zuge einer Abschaltroutine des Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Hierdurch wird Kondensat, das sich im Niederdruck-EGR-Ventil gesammelt hat und aufgrund eines in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors zeitweise verschlossenen oder nur geringfügig geöffneten Abgaseinlasses nicht abfließen konnte, vor einer Betriebspause des Kraftfahrzeugs abgeleitet, so dass beispielsweise bei einer längeren Betriebspause die Gefahr des Gefrierens von Kondensat in dem Niederdruck-EGR-Ventil mit allen möglichen Folgen wie einem Blockieren der Drosselvorrichtung oder in den Verdichter gesaugten Eispartikeln gemindert wird.
Entsprechend kann die Verwendung einen Schritt des Öffnens des Abgaseinlasses des Niederdruck-EGR-Ventils im Zuge einer Anschaltroutine des Verbrennungsmotors umfassen, um beispielsweise Kondensat, das sich erst nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors in dem Niederdruck-EGR-Ventil gebildet und gesammelt hat, abzuleiten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ansicht eines Gehäuses eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Niederdruck-EGR-Ventils; und
2 eine Querschnittszeichnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Niederdruck-EGR-Ventils.
1 zeigt eine Ansicht eines Gehäuses 19 eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Niederdruck-EGR-Ventils 1. Das Niederdruck-EGR-Ventil 1 besitzt einen Frischlufteinlass 2, einen Abgaseinlass 3 und einen Auslass 4. Das Niederdruck-EGR-Ventil 1 wird aus der Sichtrichtung auf den Frischlufteinlass 2 gezeigt, so dass das Innere des Gehäuses 19 durch diesen zu sehen ist. Allerdings wird die in 1 zu sehende große Öffnung normalerweise durch ein Insert 18 bedeckt, das in dem Ausführungsbeispiel von 1 weggelassen ist und für das in dem weiteren Ausführungsbeispiel von 2 ein Beispiel gezeigt wird. Durch den derart geöffneten Frischlufteinlass 2 ist eine Bodenfläche 6 zu sehen, in der der Abgaseinlass 3 angeordnet ist. Erfindungsgemäß gibt es für jeden Punkt auf der Bodenfläche 6 einen monoton fallenden Weg auf der Bodenfläche 6 zu einem Punkt auf dem Rand des Abgaseinlasses 3. Das heißt, dass auf der Bodenfläche 6 befindliche Kondensattropfen durch die Wirkung der Schwerkraft zum Abgaseinlass 3 hin und schließlich durch diesen hindurch abfließen können.
Ebenfalls in 1 gezeigt ist ein in einer Wandung 22 des Gehäuses 19 angeordnetes Lager 21, das eine Welle 15 (siehe 2) aufnehmen kann. Die Welle 15 ist dazu vorgesehen, eine Drosselklappe einer Drosselvorrichtung 5 zu schwenken und dadurch den Frischlufteinlass 2 und/oder den Abgaseinlass 3 ganz oder teilweise zu verschließen.
2 zeigt eine Querschnittszeichnung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Niederdruck-EGR-Ventils. Dieselben Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder funktional gleichartige Teile, so dass das zum ersten Ausführungsbeispiel Gesagte auch für das zweite Ausführungsbeispiel gilt, sofern nicht ausdrücklich davon abgewichen wird.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Auslass 4 in eine seitliche Aussparung in dem Gehäuse 19 eingelassen und dort durch eine Dichtung 20 gasdicht abgedichtet. Der Frischlufteinlass 2 ist als Teil eines Inserts oder Einsetzstückes 18 geformt, das eine Wand des Innenraumes des Niederdruck-EGR-Ventils 1 bildet und an dem Gehäuse 19 beispielsweise durch Bolzen oder ähnliche Befestigungsmittel befestigt werden kann. Dieser Aufbau besitzt den Vorteil, dass das Insert 18 entfernt werden kann, wodurch der Innenraum des Niederdruck-EGR-Ventils 1 während der Fertigung oder für eine Wartung oder Reparatur einfach zugänglich gemacht werden kann. Das Gehäuse 19 ist vorzugsweise als Gusswerkstück aus Metall und das Insert 18 aus Kunststoff gefertigt. Es sind jedoch viele alternative Aufbauvarianten möglich, so dass die Erfindung nicht als auf die in 2 gezeigte Gehäusekonstruktion eingeschränkt anzusehen ist.
Im Innenraum des Niederdruck-EGR-Ventils 1 ist eine Drosselvorrichtung 5 zum Beeinflussen einer durch den Frischlufteinlass 2 einströmenden Frischluftmenge und einer durch den Abgaseinlass 3 einströmenden Abgasmenge angeordnet. Die Drosselvorrichtung 5 umfasst in dem gezeigten Beispiel eine erste Drosselklappe 9, welche ausgebildet ist, die durch den Frischlufteinlass 2 einströmende Frischluftmenge zu beeinflussen. In 2 befindet sich die Drosselvorrichtung 5 in einer Position, bei der der Frischlufteinlass 2 maximal geöffnet ist. Die durch den Abgaseinlass 3 einströmende Abgasmenge wird durch eine zweite Drosselklappe 16 beeinflusst, die in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beispielhaft eine Öffnung 12 des Abgaseinlasses 3 verschließt, so dass kein Abgas in das Niederdruck-EGR-Ventil einströmen kann. Ein solcher Regelzustand könnte beispielsweise bei einem Betrieb mit maximaler Motorleistung gegeben sein. Die beiden Drosselklappen 9 und 16 sind durch ein Verbindungsstück 17 miteinander verbunden, es ist aber auch denkbar, eine einzelne Drosselklappe vorzusehen, die sowohl den Frischlufteinlass 2, als auch den Abgaseinlass 3 in entgegengesetzten Positionen der Drosselvorrichtung 5 verschließen kann. Ebenso können bei allen Ausführungsformen der Erfindung zwei Drosselklappen 9 und 16 vorgesehen sein, die sich unabhängig voneinander schwenken lassen, so dass die durch den Frischlufteinlass 2 einströmende Frischluftmenge und die durch den Abgaseinlass 3 einströmende Abgasmenge unabhängig voneinander beeinflusst werden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die Drosselvorrichtung 5 eine Welle 15, um die die Drosselklappen 9 und 16 gemeinsam durch einen nicht dargestellten Aktuator schwenkbar sind. Die erste Drosselklappe 9 der Drosselvorrichtung 5 kann so geformt und angeordnet, dass sie bei weit geöffnetem Frischlufteinlass 2 den Bereich um die Öffnung 12 des Abgaseinlasses 3 möglichst von einem von dem Frischlufteinlass 2 zu dem Auslass 4 strömenden Gasstrom abschirmt, so dass Kondensat, das sich in dem Bereich um die Öffnung 12 des Abgaseinlasses 3 gesammelt hat, nicht mit dem Gasstrom in den Auslass 4 fortgerissen wird.
Im bestimmungsgemäßen Gebrauch ist das Niederdruck-EGR-Ventil 1 so ausgerichtet, dass der Abgaseinlass 3 unten und der Frischlufteinlass 2 und der Auslass 4 einander seitlich gegenüberliegen. Erfindungsgemäß ist die Bodenfläche 6 des Gehäuses 19 so geformt, dass auf der Bodenfläche befindliches Kondensat zu dem Abgaseinlass 3 fließt. Das Kondensat kann von dem Abgaseinlass 3 aufgenommen und derart aus dem Niederdruck-EGR-Ventil 1 abgeleitet werden. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Niederdruck-EGR-Ventils 1 ist zudem eine Decke 23 des Gehäuses 19 so geformt, dass es von jedem Punkt der Decke 23 einen auf der Decke 23 verlaufenden monoton fallenden Weg zu der Wandung 22 (in 2 nicht gezeigt) gibt, so dass an der Decke 23 anhaftendes Kondensat zur Wandung 22 des Gehäuses 19 abgeleitet wird. Die Wandung ist üblicherweise so geformt, dass das Kondensat an ihr herab zur Bodenfläche 6 des Gehäuses 19 fließt. Das Niederdruck-EGR-Ventil 1 des zweiten Ausführungsbeispiels leitet somit an allen Stellen des Gehäuses 19 sich niederschlagendes Kondensat in Richtung des Abgaseinlasses 3, von wo das Kondensat aus dem Niederdruck-EGR-Ventil 1 abgeleitet werden kann.
Die Erfindung besitzt den Vorteil, dass die Gefahr einer Beschädigung des Verdichterrades eines an das Niederdruck-EGR-Ventil angeschlossenen Kompressors durch flüssiges oder gefrorenes Kondensat gesenkt wird, indem das Kondensat zu dem Abgaseinlass fließt und durch diesen aus dem Niederdruck-EGR-Ventil abgeleitet wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch Ausführungsbeispiele von bevorzugten Ausführungsformen näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Variationen der Erfindung können vom Fachmann aus den gezeigten Ausführungsbeispielen abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert wird, zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Niederdruck-EGR-Ventil
2: Frischlufteinlass
3: Abgaseinlass
4: Auslass
5: Drosselvorrichtung
6: Bodenfläche
7: Horizontalachse
8: Vertikalachse
9: erste Drosselklappe
10: Zentralachse
11: spitzer Winkel
12: Öffnung
13: Vertiefung
14: Ebene
15: Welle
16: zweite Drosselklappe
17: Verbindungsstück
18: Insert
19: Gehäuse
20: Dichtung
21: Lager
22: Wandung
23: Decke

Claims

Ein Niederdruck-EGR-Ventil (1) mit wenigstens einer Drosselvorrichtung (5) und einem Gehäuse (19), in dem ein Frischlufteinlass (2), ein Abgaseinlass (3) und ein mit einem Kompressor verbundener oder verbindbarer Auslass (4) angeordnet sind, wobei die Drosselvorrichtung (5) zum Beeinflussen einer durch den Frischlufteinlass (2) einströmenden Frischluftmenge und einer durch den Abgaseinlass (3) einströmenden Abgasmenge ausgebildet ist und wobei der Abgaseinlass (3) in einer Bodenfläche (6) des Gehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (6) so geformt ist, dass es von jedem Punkt der Bodenfläche (6) wenigstens einen auf der Bodenfläche (6) verlaufenden monoton fallenden Weg zu einem beliebigen Punkt eines Randes des Abgaseinlasses (3) gibt.
Das Niederdruck-EGR-Ventil (1) des vorhergehenden Anspruchs, bei dem der wenigstens eine Weg streng monoton fallend ist.
Das Niederdruck-EGR-Ventil (1) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abgaseinlass (3) an einem tiefstgelegenen Punkt der Bodenfläche (6) angeordnet ist.
Das Niederdruck-EGR-Ventil (1) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gehäuse (19) ferner eine Wandung (22) umfasst, die so geformt ist, dass es von jedem Punkt der Wandung (22) wenigstens einen auf der Wandung (22) verlaufenden monoton fallenden, vorzugsweise streng monoton fallenden, Weg zu einem beliebigen Punkt eines Randes der Bodenfläche (6) gibt.
Das Niederdruck-EGR-Ventil (1) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gehäuse (19) ferner eine Decke (23) umfasst, die so geformt ist, dass es von jedem Punkt der Decke (23) wenigstens einen auf der Decke (23) verlaufenden monoton fallenden, vorzugsweise streng monoton fallenden, Weg zu einem beliebigen Punkt eines Randes der Wandung (23) gibt.
Ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Luftfilter, einem Kompressor, einer Niederdruckabgasrückführung und einem mit dem Luftfilter, der Niederdruckabgasrückführung und dem Kompressor verbundenen Niederdruck-EGR-Ventil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Das Kraftfahrzeug des vorhergehenden Anspruchs, bei dem die Niederdruckabgasrückführung dazu ausgebildet ist, Kondensat aus dem Niederdruck-EGR-Ventil (1) zu einem Abgasauslass des Kraftfahrzeuges hin abzuleiten.
Eine Verwendung eines Niederdruck-EGR-Ventils (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, um eine über einen Luftfilter angesaugte Frischluft und ein von einem Abgastrakt zurückgeführtes Abgas in einem wählbaren Mengenverhältnis zu einer Verbrennungsluft für den Verbrennungsmotor zu mischen.
Die Verwendung des vorhergehenden Anspruchs, wobei die Verwendung einen Schritt des Öffnens des Abgaseinlasses (3) des Niederdruck-EGR-Ventils (1) im Zuge einer Abschaltroutine des Verbrennungsmotors umfasst.
Die Verwendung eines der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Verwendung einen Schritt des Öffnens des Abgaseinlasses (3) des Niederdruck-EGR-Ventils (1) im Zuge einer Anschaltroutine des Verbrennungsmotors umfasst.