DE102021201451A1

DE102021201451A1 - Doppelelement-motorgasventil

Info

Publication number: DE102021201451A1
Application number: DE102021201451.8A
Authority: DE
Inventors: Randy R. Scarf
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2021-08-26
Also published as: US11022079B1

Abstract

Ein Motorgasventil mit einem Ventilgehäuseverteiler mit mindestens einem Strömungskanal und einem innerhalb des Ventilgehäuseverteilers angeordneten ringförmigen Kupplungskörper. Eine Antriebswelle ist so angeordnet, dass mindestens ein Abschnitt der Antriebswelle konzentrisch innerhalb des Kupplungskörpers positioniert ist. Ein erstes Ventilelement ist auf der Antriebswelle gelagert, um sich mit der Antriebswelle innerhalb des mindestens einen Strömungskanals zu drehen, und ein zweites Ventilelement ist auf dem Kupplungskörper innerhalb des mindestens einen Strömungskanals gelagert. Ein Stellglied ist an die Antriebswelle gekoppelt, um die Antriebswelle zwischen einem ersten Zustand, in dem das erste und das zweite Ventilelement geschlossen sind, einem zweiten Zustand, in dem das erste Ventilelement offen und das zweite Ventilelement geschlossen ist, und einem dritten Zustand, in dem das erste und das zweite Ventilelement offen sind, zu schwenken.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Nicht zutreffend.
ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Nicht zutreffend.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Arbeitsfahrzeuge, insbesondere auf Motorgasventile, die in Arbeitsfahrzeugantriebssysteme und -verfahren integriert sind.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Schwere Arbeitsfahrzeuge, wie sie beispielsweise in der Bau-, Land- und Forstwirtschaft eingesetzt werden, umfassen typischerweise ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor in Form eines Kompressionszündungsmotors (d. h. Dieselmotor) oder eines Funkenzündungsmotors (d. h. Benzinmotor). Für viele schwere Arbeitsfahrzeuge beinhaltet das Antriebssystem einen Dieselmotor, der höhere Kapazitäten zum Schleppen und Niederreißen bzw. Drehmomenteigenschaften für zugeordnete Arbeitsvorgänge aufweisen kann. Typischerweise kann ein Teil der Abgase in einer Abgasrückführungsanordnung zurück in den Motor geleitet werden, während die verbleibenden Abgase in ein Abgasbehandlungssystem und aus dem Fahrzeug geleitet werden. Verschiedene Ventile werden verwendet, um verschiedene Gasstufen in den, aus dem und durch den Motor und die zugehörigen Systeme zu verteilen.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die Offenbarung stellt ein oder mehrere Doppelelement-Motorgasventile für ein Antriebssystem eines Arbeitsfahrzeugs bereit.
In einem Aspekt stellt die Offenbarung ein Motorgasventil mit einem Ventilgehäuseverteiler mit mindestens einem Strömungskanal, der durch eine Kanalwand definiert ist, und einem ringförmigen Kupplungskörper, der mindestens teilweise innerhalb des Ventilgehäuseverteilers angeordnet ist, bereit. Der Kupplungskörper weist eine innere Umfangsfläche mit mindestens einem ersten Kupplungszahnrad und einem zweiten Kupplungszahnrad auf, die sich radial von der inneren Umfangsfläche erstrecken. Das Motorgasventil beinhaltet ferner eine Antriebswelle, die zumindest teilweise innerhalb des Ventilgehäuseverteilers angeordnet ist, so dass mindestens ein Abschnitt der Antriebswelle konzentrisch innerhalb des Kupplungskörpers positioniert ist. Die Antriebswelle beinhaltet mindestens ein Antriebszahnrad, das innerhalb des Kupplungskörpers zwischen dem ersten Kupplungszahnrad und dem zweiten Kupplungszahnrad positioniert ist. Das Motorgasventil beinhaltet ferner ein erstes Ventilelement, das auf der Antriebswelle gelagert ist, um sich mit der Antriebswelle innerhalb des mindestens einen Strömungskanals zu drehen, und ein zweites Ventilelement, das auf dem Kupplungskörper gelagert ist, um sich mit dem Kupplungskörper innerhalb des mindestens einen Strömungskanals zu drehen. Das Motorgasventil beinhaltet ferner ein Stellglied, das an die Antriebswelle gekoppelt ist, um die Antriebswelle zwischen mindestens einem ersten Zustand, in dem das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement geschlossen sind, einem zweiten Zustand, in dem das erste Ventilelement offen und das zweite Ventilelement geschlossen ist, und einem dritten Zustand, in dem das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement offen sind, zu schwenken. In dem ersten Zustand ist die Antriebswelle so positioniert, dass das mindestens eine Antriebszahnrad an dem ersten Kupplungszahnrad anliegt. In dem zweiten Zustand ist die Antriebswelle so positioniert, dass das mindestens eine Antriebszahnrad von dem ersten Kupplungszahnrad des Kupplungskörpers getrennt ist und sich in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Kupplungszahnrad und dem zweiten Kupplungszahnrad des Kupplungskörpers befindet. In dem dritten Zustand ist die Antriebswelle so positioniert, dass das mindestens eine Antriebszahnrad an dem zweiten Kupplungszahnrad anliegt und dieses antreibt, um den Kupplungskörper zu schwenken.
In einem weiteren Aspekt stellt die Offenbarung ein Antriebssystem mit einem Motor bereit, das dazu konfiguriert ist, Ansauggas aufzunehmen und zu verbrennen, um Energie zu erzeugen, wodurch ein Abgas erzeugt wird; eine Ansaugvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, frisches Ansauggas als mindestens einen ersten Teil des Ansauggases in den Motor zu leiten; ein Abgasrückführungssystem (AGR), das fluidisch gekoppelt ist, um einen ersten Teil des Abgases als mindestens einen zweiten Teil des Ansauggases zurück in den Motor zu leiten; und ein Motorgasventil, das fluidisch gekoppelt ist, um das Abgas von dem Motor zu modulieren. Das Motorgasventil umfasst einen Ventilgehäuseverteiler mit mindestens einem Strömungskanal, der durch eine Kanalwand definiert ist, und einen ringförmigen Kupplungskörper, der zumindest teilweise innerhalb des Ventilgehäuseverteilers angeordnet ist. Der Kupplungskörper weist eine innere Umfangsfläche mit mindestens einem ersten Kupplungszahnrad und einem zweiten Kupplungszahnrad auf, die sich radial von der inneren Umfangsfläche erstrecken. Das Motorgasventil beinhaltet eine Antriebswelle, die mindestens teilweise innerhalb des Ventilgehäuseverteilers angeordnet ist, so dass mindestens ein Abschnitt der Antriebswelle konzentrisch innerhalb des Kupplungskörpers positioniert ist. Die Antriebswelle beinhaltet mindestens ein Antriebszahnrad, das innerhalb des Kupplungskörpers zwischen dem ersten Kupplungszahnrad und dem zweiten Kupplungszahnrad positioniert ist. Das Motorgasventil beinhaltet ein erstes Ventilelement, das auf der Antriebswelle gelagert ist, um sich mit der Antriebswelle innerhalb des mindestens einen Strömungskanals zu drehen, und ein zweites Ventilelement, das auf dem Kupplungskörper gelagert ist, um sich mit dem Kupplungskörper innerhalb des mindestens einen Strömungskanals zu drehen. Das Motorgasventil beinhaltet ein Stellglied, das an die Antriebswelle gekoppelt ist, um die Antriebswelle zwischen mindestens einem ersten Zustand, in dem das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement geschlossen sind, einem zweiten Zustand, in dem das erste Ventilelement offen und das zweite Ventilelement geschlossen ist, und einem dritten Zustand, in dem das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement offen sind, zu schwenken. In dem ersten Zustand ist die Antriebswelle so positioniert, dass das mindestens eine Antriebszahnrad an dem ersten Kupplungszahnrad anliegt. In dem zweiten Zustand ist die Antriebswelle so positioniert, dass das mindestens eine Antriebszahnrad von dem ersten Kupplungszahnrad des Kupplungskörpers getrennt ist und sich in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Kupplungszahnrad und dem zweiten Kupplungszahnrad des Kupplungskörpers befindet. In dem dritten Zustand ist die Antriebswelle so positioniert, dass das mindestens eine Antriebszahnrad an dem zweiten Kupplungszahnrad anliegt und dieses antreibt, um den Kupplungskörper zu schwenken.
Die Details einer oder mehrerer Ausführungsformen werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Eigenschaften und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Arbeitsfahrzeugs in Form eines Traktors, bei dem ein Antriebssystem mit einem oder mehreren Doppelelement-Motorgasventilen gemäß dieser Offenbarung verwendet werden kann;
2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 ist eine isometrische Ansicht eines Doppelelement-Motorgasventils in Form eines AGR-Verteilerventils des Antriebssystems von 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
4 ist eine Querschnittsansicht des AGR-Verteilerventils durch die Linie 4-4 von 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
5A, 5B, 5C und 5D sind Querschnittsansichten des AGR-Verteilerventils durch die Linie 5-5 und die Linie 5'-5' von 3 in verschiedenen Positionen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
6A, 6B, 6C und 6D sind Querschnittsansichten des AGR-Verteilerventils durch die Linie 6-6 von 3 in verschiedenen Positionen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
7 ist eine isometrische Ansicht eines Doppelelement-Motorgasventils in Form einer Motorgasdrosselklappe des Antriebssystems von 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
8 ist eine Querschnittsansicht der Motorgasdrosselklappe durch die Linie 8-8 von 7 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
9A, 9B und 9C sind Querschnittsansichten der Motorgasdrosselklappe durch die Linie 9-9 von 7 in verschiedenen Positionen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform; und
10A, 10B und 10C sind Querschnittsansichten des Motorgasdrosselventils durch die Linie 10-10 von 7 in verschiedenen Positionen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;

Gleiche Bezugssymbole in den unterschiedlichen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der offenbarten Doppelelement-Motorgasventile und des zugehörigen Antriebssystems und - verfahrens beschrieben, wie in den begleitenden Figuren der vorstehend kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen können von Fachleuten auf dem Gebiet in Betracht gezogen werden.
Wie hierin verwendet, bezeichnen Listen mit Elementen, die durch konjunktive Ausdrücke (z. B. „und“) getrennt sind und denen auch der Ausdruck „eines oder mehrere von“ oder „mindestens eines von“ vorangestellt ist, Konfigurationen oder Anordnungen, die möglicherweise einzelne Elemente der Liste oder eine Kombination davon beinhalten. Zum Beispiel zeigt „mindestens eines von A, B und C“ oder „eines oder mehrere von A, B und C“ die Möglichkeiten von nur A, nur B, nur C oder einer beliebigen Kombination von zwei oder mehr von A, B und C (z. B. A und B; B und C; A und C; oder A, B, und C) an.
Außerdem können in der Detaillierung der Offenbarung Richtungs- und Ausrichtungsbegriffe, wie etwa „stromabwärts“, „stromaufwärts“, „vorgelagert“, „nachgelagert“, „längs“, „radial“, „axial“, „umlaufend“, „seitlich“ und „quer“, verwendet werden. Derartige Begriffe werden zumindest teilweise in Bezug auf Ringkanäle, Wellen oder Komponenten und/oder die Abgasströmungsrichtung definiert. Wie hier verwendet, gibt der Begriff „längs“ eine Ausrichtung entlang der Länge des Gegenstandselements an; der Begriff „seitlich“ gibt eine Ausrichtung entlang einer Breite der Vorrichtung und orthogonal zur Längsausrichtung an; und der Begriff „quer“ gibt eine Ausrichtung entlang der Höhe der Vorrichtung und orthogonal zur Längs- und Seitenausrichtung an.
Wie angemerkt, können Arbeitsfahrzeuge Antriebssysteme mit Dieselmotoren beinhalten, um Drehmoment in einer Vielzahl von Anwendungen zu erzeugen, wie etwa Fernverkehrs-LKWs, Traktoren, landwirtschaftliche oder Baufahrzeuge, Tagebauausrüstung, nicht-elektrische Lokomotiven, stationäre Stromgeneratoren und dergleichen. Dieselmotoren erzeugen während des Verbrennungsprozesses Abgase. Ein Teil des Abgases kann in einer Abgasrückführungsvorrichtung (AGR) zurück in den Motor geleitet werden, während das verbleibende Abgas in ein Abgasbehandlungssystem und aus dem Fahrzeug geleitet wird. In einigen Beispielen dient die AGR-Anordnung dazu, Stickstoffoxid (NOx)-Emissionen durch Senken der Sauerstoffkonzentration in der Brennkammer sowie durch Wärmeabsorption zu reduzieren. Das Abgasbehandlungssystem dient zur Entfernung von Partikeln, Stickoxiden (NOx) und anderen Arten von Schadstoffen. Diese Systeme erleichtern die Einhaltung zunehmend strengerer Emissionsnormen und sorgen für operative Verbesserungen.
Wie hierin beschrieben kann das Antriebssystem ein oder mehrere Doppelelement-Motorgasventile beinhalten, die verschiedene Gasströme durch den Motor und die zugehörigen Systeme steuern oder modulieren. In einer Ausführungsform kann das Doppelelement-Gasventil Doppelventilelemente beinhalten, die den Gasstrom durch einzelne und separate Pfade modulieren, wie etwa ein AGR-Verteilerventil, das selektiv den Gasstrom durch einen primären oder kühleren Gaskanal und durch einen Bypass-Gaskanal moduliert. In einer weiteren Ausführungsform kann das Doppelelement-Gasventil Doppelventilelemente beinhalten, die den Gasstrom durch einen einzelnen Pfad modulieren, wie etwa ein Gasdrosselventil, das den Gasstrom selektiv durch einen Abgaskanal moduliert, z. B. mit einem kleineren Ventilelement, das eine geringere Menge an Gasstrom ermöglicht, und mit einem größeren Ventilelement, das eine größere Menge an Gasstrom ermöglicht. Solche Ausführungsformen mit Doppelventilelementen können mit einem einzigen Stellglied implementiert werden.
Im Folgenden werden eine oder mehrere beispielhafte Implementierungen der offenbarten Systeme und Verfahren zum Verbessern des Antriebssystems beschrieben, insbesondere Aspekte des Umgangs mit den Abgas- und anderen Gasströmen von Antriebssystemen im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Die hierin enthaltene Erläuterung kann sich manchmal auf die beispielhafte Anwendung des Antriebssystems in einem Traktor konzentrieren, aber das offenbarte Antriebssystem ist auf andere Arten von Arbeitsfahrzeugen und/oder andere Arten von Motorsystemen anwendbar.
Unter Bezugnahme auf 1 können in einigen Ausführungsformen die offenbarten Doppelelement-Gasventile und die zugehörigen Antriebssysteme und -verfahren mit einem Arbeitsfahrzeug 100 verwendet werden. Wie gezeigt, kann davon ausgegangen werden, dass das Arbeitsfahrzeug 100 einen Hauptrahmen oder ein Fahrgestell 102, eine Antriebsbaugruppe 104, eine Bedienerplattform oder Kabine 106 und ein Antriebssystem 108 beinhaltet. Typischerweise beinhaltet das Antriebssystem 108 einen Verbrennungsmotor, der für den Antrieb des Arbeitsfahrzeugs 100 über die Antriebsbaugruppe 104 basierend auf Befehlen von einem Bediener in der Kabine 106 verwendet wird.
Wie nachfolgend beschrieben, kann das Antriebssystem 108 Systeme und Komponenten beinhalten, um verschiedene Aspekte des Betriebs zu erleichtern. Beispielsweise kann das Antriebssystem 108 einen Motor, eine Ansaugvorrichtung, um Luft in den Motor zu leiten, einen Turbolader, um den Wirkungsgrad und/oder die Leistung zu verbessern, ein Abgasrückführungssystem (AGR), das einen Teil der Motorabgase zurück in den Motor leitet, und ein Abgasbehandlungssystem, das dazu dient, Schadstoffe vor der Emission der Motorabgase in die Atmosphäre zu reduzieren, beinhalten.
Wie nachfolgend ebenfalls beschrieben, kann das Antriebssystem 108 ein oder mehrere Ventile und andere Steuerelemente beinhalten, um den Gasstrom durch das Antriebssystem 108 zu verteilen, zu leiten und/oder zu steuern, die auf Grundlage von Signalen von einer Steuerung 110 arbeiten, die automatisch und/oder auf Grundlage von Befehlen von einem Bediener erzeugt werden. Solche Ventile beinhalten ein oder mehrere AGR-Verteilerventile und/oder eine oder mehrere Drosselklappen, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Das Arbeitsfahrzeug 100 beinhaltet ferner die Steuerung 110 (oder mehrere Steuerungen), um einen oder mehrere Aspekte des Betriebs des Arbeitsfahrzeugs 100 zu steuern und in einigen Ausführungsformen die Implementierung des Antriebssystems 108 zu erleichtern, z. B. den Betrieb der verschiedenen Ventile und anderen Steuerelemente. Die Steuerung 110 kann als Fahrzeugsteuerung und/oder als Antriebssystemsteuerung oder Untersteuerung betrachtet werden. In einem Beispiel kann die Steuerung 110 mit einer Verarbeitungsarchitektur wie etwa einem Prozessor und Speicher implementiert werden. Zum Beispiel kann der Prozessor die hier beschriebenen Funktionen auf der Grundlage von Programmen, Anweisungen und Daten, die im Speicher gespeichert sind, implementieren.
Somit kann die Steuerung 110 als eine oder mehrere Rechenvorrichtungen mit zugehörigen Prozessoren und Speicherarchitekturen, als fest verdrahtete Rechenschaltung (oder -schaltungen), als programmierbare Schaltung, als hydraulische, elektrische oder elektrohydraulische Steuerung oder anderweitig konfiguriert werden. Die Steuerung 110 kann konfiguriert sein, um verschiedene Rechen- und Steuerfunktionen in Bezug auf das Arbeitsfahrzeug 100 (oder andere Maschinen) auszuführen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 110 konfiguriert sein, um Eingabesignale in verschiedenen Formaten (z. B. als Hydrauliksignale, Spannungssignale, Stromsignale usw.) zu empfangen und Befehlssignale in verschiedenen Formaten (z. B. als Hydrauliksignale, Stromsignale, mechanische Bewegungen usw.) auszugeben. Die Steuerung 110 kann in elektronischer, hydraulischer, mechanischer oder anderer Kommunikation mit verschiedenen anderen Systemen oder Vorrichtungen des Arbeitsfahrzeugs 100 (oder anderer Maschinen) stehen. So kann beispielsweise die Steuerung 110 in elektronischer oder hydraulischer Kommunikation mit verschiedenen Stellgliedern, Sensoren und anderen Vorrichtungen innerhalb (oder außerhalb) des Arbeitsfahrzeugs 100 stehen, einschließlich aller nachstehend beschriebenen Vorrichtungen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 110 konfiguriert sein, um Eingabebefehle von einem Bediener über eine Mensch-Fahrzeug-Bedienerschnittstelle, die Interaktion und Kommunikation zwischen dem Bediener, dem Arbeitsfahrzeug 100 und dem Antriebssystem 108 ermöglicht, zu empfangen und eine Schnittstelle mit diesem herzustellen.
Das Arbeitsfahrzeug 100 beinhaltet ferner verschiedene Sensoren, die dazu dienen, Informationen über das Arbeitsfahrzeug 100 zu sammeln. Solche Informationen können der Steuerung 110 zur Bewertung und/oder Betrachtung für den Betrieb des Antriebssystems 108 bereitgestellt werden. Als Beispiele können die Sensoren Betriebssensoren im Zusammenhang mit den oben erörterten Fahrzeugsystemen und -komponenten beinhalten, einschließlich Motor- und Getriebesensoren, Kraftstoffsensoren und Batteriesensoren. In einem Beispiel können die Sensoren einen oder mehrere Temperatur- oder Drucksensoren im Zusammenhang mit dem Motor des Antriebssystems 108 beinhalten, wie im Folgenden ausführlicher angegeben.
Wie oben vorgestellt, beinhaltet das Antriebssystem 108 einen Motor und zugehörige Systeme, die verschiedene Arten von Gasstrom verwenden. Zusätzliche Informationen in Bezug auf das Antriebssystem 108, insbesondere die Ventile und andere Steuerelemente, die Gasströme steuern, werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2-10 bereitgestellt. Obwohl hier nicht im Detail gezeigt oder beschrieben, kann das Arbeitsfahrzeug 100 eine beliebige Anzahl zusätzlicher oder alternativer Systeme, Subsysteme und Elemente beinhalten.
Unter Bezugnahme auf 2 wird eine schematische Darstellung des Antriebssystems 108 zum Bereitstellen von Leistung für das Arbeitsfahrzeug 100 aus 1 gezeigt, obwohl die hierin beschriebenen Merkmale auf eine Vielzahl von Maschinen anwendbar sein können, wie etwa Fernverkehrs-LKWs, Baufahrzeuge, Wasserfahrzeuge, stationäre Generatoren, Automobile, landwirtschaftliche Fahrzeuge und Freizeitfahrzeuge.
Wie oben vorgestellt, beinhaltet das Antriebssystem 108 einen Motor 120, der konfiguriert ist, um Leistung für den Antrieb und verschiedene andere Systeme zu erzeugen. Im Allgemeinen kann der Motor 120 jede Art von Verbrennungsmotor sein, der Ansauggas empfängt und verbrennt, um Energie zu erzeugen und ein Abgas zu produzieren, wie beispielsweise ein Benzinmotor, ein Dieselmotor, ein Verbrennungsmotor für gasförmigen Kraftstoff (z. B. Erdgas) oder jeder andere abgaserzeugende Motor. Als Beispiel ist der nachfolgend beschriebene Motor 120 ein Dieselmotor. Der Motor 120 kann jede Größe mit jeder Anzahl oder Konfiguration von Zylindern 142 innerhalb eines Motorblocks 144 aufweisen. Zusätzlich zu den nachfolgend erörterten kann der Motor 120 jedes geeignete Merkmal beinhalten, wie etwa Kraftstoffsysteme, Luftsysteme, Kühlsysteme, Peripherien, Antriebsstrangkomponenten, Sensoren usw.
Im Allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass das Antriebssystem 108 und/oder der Motor 120 eine Ansaugvorrichtung 122 beinhalten, die Frisch- oder Umgebungsluft durch einen Einlass 124 in das Antriebssystem 108 als frisches Ansauggas leitet. Wie gezeigt kann die Ansaugvorrichtung 122 einen Turbolader 126 beinhalten oder anderweitig damit interagieren. In einer Ausführungsform beinhaltet der Turbolader 126 einen Verdichter 128, der über eine Welle 132 an eine Turbine 130 gekoppelt ist. In Bezug auf die Ansaugvorrichtung 122 leitet eine Motoransaugleitung 134 das frische Ansauggas durch den Kompressor 128 des Turboladers 126, um komprimiert zu werden, wodurch die Luftmenge erhöht wird, die anschließend in den Motor 120 gedrückt wird, um den Motorwirkungsgrad und die Leistungsabgabe zu verbessern. Der Kompressor 128 kann ein Kompressor mit fester Geometrie, ein Kompressor mit variabler Geometrie, ein Turbolader, ein eCompressor, ein eTurbo oder eine beliebige andere Art von Kompressor sein. Obwohl nicht gezeigt, kann das Antriebssystem 108 auch einen zweiten Turbolader aufweisen.
Die Ansaugvorrichtung 122 kann ferner einen Ladekühler 136 beinhalten, der dem Kompressor 128 nachgelagert entlang der Motoransaugleitung 134 angeordnet ist, um die Temperatur des komprimierten frischen Ansauggases zu reduzieren. Nachgelagert zum Ladekühler 136 ist die Motoransaugleitung 134 fluidisch mit einem Ansaugkrümmer 140 gekoppelt, der das frische Ansauggas aufnimmt. Wie nachfolgend beschrieben, kann der Ansaugkrümmer 140 auch einen Teil der Motorabgase als rückgeführtes Gas aufnehmen. In einigen Beispielen kann der Ansaugkrümmer 140 das frische Ansauggas und das rückgeführte Gas mischen und verteilen, während in anderen Beispielen das frische Ansauggas und das rückgeführte Gas in einem AGR-Mischer (nicht dargestellt) vor dem Eintritt in den Ansaugkrümmer 140 gemischt werden können. In jedem Fall verteilt der Ansaugkrümmer 140 das frische Ansauggas und/oder das rückgeführte Gas (im Allgemeinen Ansauggas) in die Zylinder 142 des Motorblocks 144. Typischerweise wird das Ansauggas mit Kraftstoff vermischt und gezündet, so dass die resultierenden Verbrennungsprodukte die mechanische Ausgabe des Motors 120 antreiben.
Die aus dem Verbrennungsprozess erzeugten Abgase werden von einem Abgaskrümmer 146 aufgenommen. Ein erster Teil der Abgase wird durch eine erste Abgasleitung 148 in ein AGR-System 150 als rückgeführtes Gas geleitet. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, wird der Strom von rückgeführtem Gas durch das AGR-System 150 zumindest teilweise über ein AGR-Verteilerventil 152 gesteuert, das mit jeder von einer ersten AGR-Leitung 154 und einer zweiten AGR-Leitung 156 fluidisch gekoppelt ist. In einem Beispiel überspannt das AGR-Verteilerventil 152 die Leitungen 154, 156 und beinhaltet Doppelventilelemente, so dass der befohlene Zustand des AGR-Verteilerventils 152 die Durchflussmenge durch jede der ersten AGR-Leitung 154 und der zweiten AGR-Leitung 156 bestimmt. Tatsächlich und wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, stellen die Leitungen 154, 156 in Kombination mit dem AGR-Verteilerventil 152 zwei potenzielle Pfade bereit, um das rückgeführte Abgas zu einer nachgelagerten dritten AGR-Leitung 160 zu leiten.
In dieser Ausführungsform ist ein AGR-Kühler 158 entlang der ersten AGR-Leitung 154 positioniert, um den Teil des rückgeführten Gases zu kühlen, das durch die erste AGR-Leitung 154 strömt, während das rückgeführte Gas, das durch die zweite AGR-Leitung 156 strömt, den AGR-Kühler 158 umgeht. Somit kann die erste AGR-Leitung 154 als primäre (oder kühlere) AGR-Leitung betrachtet werden, in der gekühltes rückgeführtes Gas durch den AGR-Kühler 158 strömt, und die zweite AGR-Leitung 156 kann als Bypass-AGR-Leitung betrachtet werden, durch die ungekühltes oder umgangenes rückgeführtes Gas strömt. Auf diese Weise kann das rückgeführte Gas gekühlt werden, indem es durch das AGR-Verteilerventil 152 durch die primäre AGR-Leitung 154 und den AGR-Kühler 158 geleitet wird, oder es kann den AGR-Kühler 158 umgehen, indem es durch das AGR-Verteilerventil 152 durch die Bypass-AGR-Leitung 156 geleitet wird. Obwohl das AGR-Verteilungsventil 152 als dem AGR-Kühler 158 nachgelagert angeordnet dargestellt ist, kann das AGR-Verteilerventil 152 in anderen Beispielen dem AGR-Kühler 158 vorgelagert angeordnet sein.
Der AGR-Kühler 158 kann eine beliebige geeignete Vorrichtung sein, die dazu konfiguriert ist, die Temperatur des rückgeführten Gases, das durch die primäre AGR-Leitung 154 strömt, zu senken. Im Allgemeinen beinhaltet der AGR-Kühler 158 einen oder mehrere rückgeführte Gaskanäle und einen oder mehrere Kühlmittelkanäle, die so angeordnet sind, dass Wärme vom rückgeführten Gas an das Kühlmittel übertragen werden kann. Das Kühlmittel kann durch einen Kühlkreislauf bereitgestellt werden und kann zum Beispiel eine Mischung aus Ethylenglykol und Wasser sein, obwohl andere Fluide verwendet werden können, einschließlich Wasser.
Im Allgemeinen wird das rückgeführte Gas während des normalen Betriebs durch die primäre AGR-Leitung 154 und den AGR-Kühler 158 geleitet, um die Temperatur des rückgeführten Gases vor dem Eintritt in den Motor 120 zu reduzieren. Jedoch ist das Kühlmittel während des anfänglichen Betriebs relativ kalt, und das Leiten des rückgeführten Gases durch den AGR-Kühler 158 mit Kühlmittel, das zu kalt ist, kann zu unerwünschten Gasströmungseigenschaften führen, einschließlich der Verschmutzung des AGR-Kühlers 158. Somit ist es während bestimmter Bedingungen vorteilhaft, den AGR-Kühler 158 zu umgehen, indem das rückgeführte Gas durch die Bypass-AGR-Leitung 156 anstelle der primären AGR-Leitung 154 geleitet wird, wodurch das Gas rückgeführt wird, während der AGR-Kühler 158 vermieden wird. Dies ermöglicht den Betrieb des AGR-Systems 150, während sich das Kühlmittel erwärmt, was eine Reihe von Vorteilen bietet, einschließlich einer verbesserten Reinigung des weißen Rauchs während des Anlassens; einer verringerten NOx-Ausgabe, wenn sich die Komponenten des Abgasbehandlungssystems (z. B. des SCR) noch erwärmen; und einer verringerten Zeit für das Aufwärmen des Motors und des Abgasbehandlungssystems. Nachdem das Kühlmittel ausreichend warm ist, kann das AGR-Verteilerventil 152 betrieben werden, um den Strom von rückgeführtem Gas durch die primäre AGR-Leitung 154 einzuleiten.
Somit kann das AGR-Verteilerventil 152 durch die Steuerung 110 betrieben werden, um das rückgeführte Gas durch oder um den AGR-Kühler 158 auf Grundlage von Bedingungen wie etwa Kühlmitteltemperatur angemessen zu steuern. Dementsprechend kann davon ausgegangen werden, dass das AGR-Verteilerventil 152 mindestens drei Zustände und in einigen Fällen vier Zustände aufweist, einschließlich: (1) einen ersten Zustand, in dem ein erstes und ein zweites Ventilelement dazu dienen, die primäre AGR-Leitung 154 und die Bypass-AGR-Leitung 156 zu schließen; (2) einen zweiten Zustand, in dem das erste Ventilelement die primäre AGR-Leitung 154 schließt, während das zweite Ventilelement positioniert ist, um die Bypass-AGR-Leitung 156 zumindest teilweise zu öffnen; (3) einen dritten Zustand, in dem das erste und das zweite Ventilelement dazu dienen, die primäre AGR-Leitung 154 und die Bypass-AGR-Leitung 156 zumindest teilweise zu öffnen; und optional (4) einen vierten Zustand, in dem das erste Ventilelement positioniert ist, um die primäre AGR-Leitung 154 zu öffnen, und das zweite Ventilelement positioniert ist, um die Bypass-AGR-Leitung 156 zu schließen. Zusätzlich zu diesen Zuständen kann dem AGR-Verteilerventil 152 befohlen werden, Zwischenpositionen zwischen Zuständen einzunehmen, um den Strom durch die Leitungen 154, 156 genauer zu modulieren. Weitere Informationen bezüglich des AGR-Verteilerventils 152 werden nachstehend bereitgestellt.
Wie oben angemerkt, sind die Primär- und Bypass-AGR-Leitungen 154, 156 in einer nachgelagerten Richtung fluidisch an die dritte AGR-Leitung 160 gekoppelt, die das gekühlte rückgeführte Gas, das Bypass-rückgeführte Gas oder eine Kombination aus dem gekühlten rückgeführten Gas und dem Bypass-rückgeführten Gas aufnimmt (z. B. auf Grundlage des Zustands des AGR-Verteilerventils 152, das Luft durch die Leitungen 154, 156 leitet). Die dritte AGR-Leitung 160 ist fluidisch gekoppelt, um das rückgeführte Gas in den Ansaugkrümmer 140 zu leiten, in dem, wie oben vorgestellt, die Kombination aus dem frischen Ansauggas und dem rückgeführten Gas in die Motorzylinder 142 geleitet wird.
Wie oben angemerkt, wird nur ein Teil der Abgase vom Abgaskrümmer 146 durch das AGR-System 150 geleitet. Der zweite Teil der Abgase wird von dem Abgaskrümmer 146 durch eine zweite Abgasleitung 170 geleitet. Die Turbine 130 des Turboladers 126 kann innerhalb des Pfads der zweiten Abgasleitung 170 so positioniert sein, dass der zweite Teil des Abgases durch die zweite Abgasleitung 170 die Turbine 130 dreht, um den Kompressor 128 anzutreiben, wie oben vorgestellt.
Die Menge und Art der Abgase durch die zweite Abgasleitung 170 können durch eine Abgasdrosselklappe 172 gesteuert werden, die innerhalb oder auf der zweiten Abgasleitung 170 angeordnet ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Abgasdrosselklappe 172 der Turbine 130 nachgelagert angeordnet. Die Abgasdrosselklappe 172 kann mit Doppelventilelementen durch die Steuerung 110 in verschiedene Zustände oder Positionen befohlen werden, um den Strom von Abgas durch die Leitung 170 zu steuern. Weitere Informationen bezüglich der Abgasdrosselklappe 172 werden unten bereitgestellt.
Die Abgase können durch die Abgasdrosselklappe 172 zu einem Abgasbehandlungssystem 174 strömen. Andere Ausführungsformen weisen möglicherweise kein Abgasbehandlungssystem 174 auf. Im Allgemeinen dient das Abgasbehandlungssystem 174 dazu, hindurchströmende Abgase zu behandeln. Obwohl nicht im Detail beschrieben, kann das Abgasbehandlungssystem 174 verschiedene Komponenten beinhalten, um unerwünschte Emissionen zu reduzieren. Als Beispiele kann das Abgasbehandlungssystem 174 ein Einlassrohr, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Dieselpartikelfilter (DPF), ein System der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) und ein Auslassrohr beinhalten. Der DOC des Abgasbehandlungssystems 174 kann auf unterschiedliche Art und Weise konfiguriert sein und Katalysatormaterialien enthalten, die zum Sammeln, Absorbieren, Adsorbieren, Reduzieren und/oder Umwandeln von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und/oder Stickstoffoxiden (NOx), die im Abgas enthalten sind, nützlich sind. Der DPF des Abgasbehandlungssystems 174 kann ein beliebiger der verschiedenen Partikelfilter sein, die in der Fachwelt bekannt und dazu konfiguriert sind, Partikelkonzentrationen, z. B. Ruß und Asche, im Abgas zu reduzieren. Das SCR-System des Abgasbehandlungssystems 174 dient dazu, die Menge an NOx im Abgasstrom zu reduzieren, wie etwa durch selektives Einspritzen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom, das beim Mischen mit dem Abgas verdampft und sich zersetzt oder hydrolysiert, um Ammoniak zu erzeugen, das mit NOx zur Reduktion in weniger schädliche Emissionen reagiert. Nach der Behandlung durch das Abgasbehandlungssystem 174 werden die Abgase über einen Auspuff in die Atmosphäre ausgestoßen.
Wie oben vorgestellt, werden Aspekte des Antriebssystems 108 durch ein oder mehrere Ventile, einschließlich des AGR-Verteilerventils 152 und der Drosselklappe 172, mit mehreren Ventilelementen geregelt, die den Gasstrom durch den Motor 120 und zugehörige Systeme vorteilhaft modulieren und steuern. Die Ansicht von 3 ist eine isometrische Ansicht des AGR-Verteilerventils 152, das von dem Antriebssystem 108 entfernt wurde, und die Ansicht von 4 ist eine Querschnittsansicht des AGR-Verteilerventils 152 durch die Linie 4-4 von 3. Es wird zusätzlich auf 2 in der folgenden Erörterung Bezug genommen.
Im Allgemeinen wird das AGR-Verteilerventil 152 durch einen Ventilgehäuseverteiler 180 gebildet, der einen oder mehrere Gasströmungskanäle definiert. In einem Beispiel bildet der Ventilgehäuseverteiler 180 einen primären AGR-Kanal 182, der durch primäre AGR-Kanalwände 184 definiert ist, und einen Bypass-Kanal 186, der durch Bypass-Kanalwände 188 definiert ist. Tatsächlich steht der primäre AGR-Kanal 182 in Fluidverbindung mit einem (und/oder bildet anderweitig einen) Abschnitt der primären AGR-Leitung 154, um den Strom des rückgeführten Gases durch die primäre AGR-Leitung 154 zu modulieren, und der Bypass-AGR-Kanal 186 steht in Fluidverbindung mit einem (und/oder bildet anderweitig einen) Abschnitt der Bypass-AGR-Leitung 156, um den Strom des rückgeführten Gases durch die Bypass-AGR-Leitung 156 zu modulieren. Zusätzlich zu den Kanälen 182, 186 bildet der Ventilgehäuseverteiler 180 eine Anzahl von Lagergehäusen 190, 192, 194 und ein Betätigungsgehäuse 196, das eine Betätigungskammer 198 definiert, die alle im Folgenden ausführlicher beschrieben werden.
Das AGR-Verteilerventil 152 beinhaltet ferner ein Stellglied 200, das innerhalb von oder auf dem Ventilgehäuseverteiler 180 montiert ist. Das Stellglied 200 ist konfiguriert, um eine Antriebsvorrichtung 202 in Eingriff zu nehmen und anzutreiben, wie im Folgenden näher erörtert. Das Stellglied 200 wird durch Signale von der Steuerung 110 (2) gesteuert (z. B. erregt, aberregt, befohlen), um das AGR-Verteilerventil 152 in einen bestimmten Zustand und/oder Satz von Positionen zu bringen. Jede geeignete Art von Stellglied 200 kann bereitgestellt werden, einschließlich pneumatisch, hydraulisch oder elektronisch mit jeder geeigneten Art von Gestänge, Zahnrädern oder anderen Mechanismus zum Übertragen von Leistung auf eine Drehbewegung als Reaktion auf Signale, die von der Steuerung empfangen werden (z. B. Steuerung 110 aus 1). In verschiedenen Beispielen kann das Stellglied 200 ein Direktantriebs-Gleichstrommotor mit Getriebezug, ein bürstenloses Stellglied mit Getriebezug und Gestänge, ein Gleichstrommotor mit Getriebezug und Gestänge und ein bürstenloses Direktantriebs-Stellglied mit Getriebezug sein, wobei die Getriebezüge in Form von zwei oder drei Zahnrädern oder einem Planetengetriebesystem vorliegen können.
In einem Beispiel kann in Betracht gezogen werden, dass die Antriebsvorrichtung 202 eine Antriebswelle 204 beinhaltet, deren erstes Ende an das Stellglied 200 gekoppelt ist und sich von der Betätigungskammer 198 durch das Lagergehäuse 190, durch den primären AGR-Kanal 182, durch das Lagergehäuse 192, durch den Bypass-AGR-Kanal 186 erstreckt und am Lagergehäuse 194 endet. Wie gezeigt, ist die Antriebswelle 204 senkrecht zu den Strömungsrichtungen durch den primären und den Bypass-AGR-Kanal 182, 186 angeordnet. Ein Ventilelement vom Typ einer Klappe oder einer Drosselklappe 206 (im Allgemeinen das Bypass-Ventilelement 206) ist auf der Antriebswelle 204 innerhalb des Bypass-AGR-Kanals 186 angeordnet, um den Strom von umgeleiteten rückgeführten Abgasen durch den Bypass-AGR-Kanal 186 basierend auf der Drehposition der Antriebswelle 204 zu blockieren, zu verhindern oder zu ermöglichen, wie im Folgenden näher erläutert. Der Bypass-AGR-Kanal 182 kann im Querschnitt kreisförmig oder halbkreisförmig und im Allgemeinen zylindrisch entlang einer Länge sein, und das Bypass-AGR-Ventilelement 206 kann eine komplementäre Form zu dem Bypass-AGR-Kanal 182 aufweisen, so dass das Bypass-Ventilelement 206 in einer Ausgangsposition einen Gasstrom durch den Kanal 182 blockiert oder verhindert, und kann in andere Positionen geschwenkt werden, die einen Zwischenraum zwischen dem Bypass-AGR-Element 206 und der Kanalwand 184 erzeugen, so dass Gas durch den Kanal 182 strömen kann.
Die Antriebsvorrichtung 202 beinhaltet ferner ein Antriebszahnrad (oder Nocken) 208, das auf der Antriebswelle 204 innerhalb der Betätigungskammer 198 montiert ist und das Zusammenwirken der Antriebsvorrichtung 202 mit anderen Betätigungselementen ermöglicht, wie ausführlicher erörtert.
Zusätzlich beinhaltet die Antriebsvorrichtung 202 eine Rückstellfeder 210, die innerhalb der Betätigungskammer 198 angeordnet ist, wobei ein erstes Ende der Rückstellfeder 210 mit der Antriebswelle 204 gekoppelt ist und ein zweites Ende mit dem Ventilgehäuseverteiler 180 (oder einem anderen stationären Element) gekoppelt ist.
Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, kann das Stellglied 200 gesteuert werden, um die Antriebswelle 204 aus einer Ausgangsposition in mindestens einer ersten Richtung anzutreiben, um das Antriebszahnrad 208 und das Bypass-Ventilelement 206 neu zu positionieren, wodurch die Rückstellfeder 210 vorgespannt wird, und bei Freigabe der Kraft von dem Stellglied 200 zwingt die Rückstellfeder 210 die Antriebswelle 204 in die zweite Richtung, einschließlich zurück in die Ausgangsposition.
Das AGR-Verteilerventil 152 beinhaltet ferner eine Kupplungsvorrichtung 218 mit einem Kupplungskörper 220. Der Kupplungskörper 220 weist ein erstes Ende auf, das innerhalb der Betätigungskammer 198 angeordnet ist, und erstreckt sich durch das erste Lagergehäuse 190, durch den primären AGR-Kanal 182 und endet mit einem zweiten Ende, das in dem zweiten Lagergehäuse 192 angeordnet ist. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, ist der Kupplungskörper 220 im Allgemeinen hohl mit einer inneren Umfangsfläche, die mindestens einen Abschnitt der Antriebswelle 204 umgibt. Ein Ventilelement vom Typ einer Klappe oder einer Drosselklappe 222 (im Allgemeinen das primäre Ventilelement 222) ist am Kupplungskörper 220 innerhalb des primären AGR-Kanals 182 montiert. Der primäre AGR-Kanal 182 kann im Querschnitt kreisförmig oder halbkreisförmig und im Allgemeinen entlang einer Länge zylindrisch sein, und das primäre Ventilelement 222 kann eine komplementäre Form zu dem primären AGR-Kanal 182 aufweisen, so dass das primäre Ventilelement 222 in einer Ausgangsposition einen Gasstrom durch den Kanal 182 blockiert oder verhindert, und kann in andere Positionen geschwenkt werden, die einen Zwischenraum zwischen dem primären Ventilelement 222 und der Kanalwand 184 erzeugen, so dass Gas durch den Kanal 182 strömen kann.
Wie ebenfalls im Folgenden ausführlicher erörtert, beinhaltet die Kupplungsvorrichtung 218 ein erstes Kupplungszahnrad 224 und ein zweites Kupplungszahnrad 226 (6A-6D), die an einer Innenumfangsfläche innerhalb des Kupplungskörpers 220 in der Betätigungskammer 198 in einer Position angeordnet sind, um mit dem Antriebszahnrad 208 der Antriebsvorrichtung 202 zusammenzuwirken. Eine Rückstellfeder 232 kann innerhalb der Betätigungskammer 198 angeordnet sein, wobei ein erstes Ende mit dem Kupplungskörper 220 gekoppelt ist und ein zweites Ende mit dem Gehäuseverteiler 180 gekoppelt ist. Obwohl in 4 nicht gezeigt, beinhaltet die Kupplungsvorrichtung 218 ferner einen Kupplungsanschlag 228 (6A-6D) an einem äußeren Umfang der Antriebswelle 204, der mit einem Gehäuseanschlag 230 (6A-6D) interagiert. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, wird der Kupplungskörper 220 von dem Stellglied 200 über die Antriebswelle 204 aus einer Ausgangsposition in mindestens einer ersten Richtung angetrieben, um das primäre Ventilelement 222 neu zu positionieren, wodurch die Rückstellfeder 232 vorgespannt wird; und bei Freigabe der Kraft von dem Stellglied 200 drückt die Kupplungsrückstellfeder 232 den Kupplungskörper 220 in die zweite Richtung, einschließlich zurück in die Ausgangsposition.
Das AGR-Verteilerventil 152 beinhaltet Lager 242, 244, 246, 248, die innerhalb des Ventilgehäuseverteilers 180 angeordnet sind, um die Antriebsvorrichtung 202 und die Kupplungsvorrichtung 218 zu stützen. Die Lager 242, 244, 246, 248 können eine beliebige geeignete Form annehmen, wie etwa Kugellager oder Buchsen. Insbesondere sind erste Kupplungsvorrichtungslager 242 innerhalb des ersten Lagergehäuses 190 und die zweiten Kupplungsvorrichtungslager 244 innerhalb des zweiten Lagergehäuses 192 angeordnet. Das erste und das zweite Kupplungsvorrichtungslager 242, 244 stützen den Kupplungskörper 220 auf beiden Seiten des primären AGR-Kanals 182. Darüber hinaus sind erste Antriebsvorrichtungslager 246 innerhalb des zweiten Lagergehäuses 192 und die zweiten Antriebsvorrichtungslager 248 innerhalb des dritten Lagergehäuses 194 angeordnet. Das erste und das zweite Antriebsvorrichtungslager 246, 248 tragen die Antriebswelle 204 auf beiden Seiten des Bypass-AGR-Kanals 186.
Um die Kanäle 182, 186 abzudichten, beinhaltet das AGR-Verteilungsventil 152 ferner verschiedene Dichtungen 250, 252, 254, 256, die in diesem Beispiel scheibenartige Dichtungen sind, die die jeweilige Welle 204 und den Körper 220 umgeben. In einem Beispiel ist die erste AGR-Kanaldichtung 250 innerhalb des ersten Lagergehäuses 190 an dem Kupplungskörper 220 angeordnet und die zweite AGR-Kanaldichtung 252 ist innerhalb des zweiten Lagergehäuses 192 an dem Kupplungskörper 220 angeordnet. Die erste und zweite AGR-Kanaldichtung 250, 252 dienen dazu, den primären AGR-Kanal 182 abzudichten, um z. B. zu verhindern oder abzumildern, dass rückgeführte Abgase aus dem primären AGR-Kanal 182 in die Betätigungskammer 198 oder über das zweite Lagergehäuse 192 in den Bypass-AGR-Kanal 186 lecken. Zusätzlich ist die erste Bypass-Kanaldichtung 254 innerhalb des zweiten Lagergehäuses 192 auf der Antriebswelle 204 angeordnet und die zweite Bypass-Kanaldichtung 256 ist innerhalb des dritten Lagergehäuses 194 auf der Antriebswelle 204 angeordnet. Die erste und zweite Bypass-Kanaldichtungen 254, 256 dienen dazu, den Bypass-AGR-Kanal 186 abzudichten, um z. B. zu verhindern oder abzumildern, dass rückgeführte Abgase aus dem Bypass-AGR-Kanal 186 über das zweite Lagergehäuse 192 in den primären AGR-Kanal 182 oder aus dem AGR-Verteilerventil 152 austreten. In einigen Beispielen können die Dichtungen 250, 252, 254, 256 andere Formen aufweisen, wie etwa Labyrinthdichtungen.
Zusätzlich zu den dargestellten können beliebige Konfigurationen von Lagern, Dichtungen, Kolbenringen und anderen Ventilkomponenten bereitgestellt werden. Beispielsweise können alternative oder zusätzliche Lager zwischen der Kupplungsvorrichtung 218 und der Antriebswelle 204 innerhalb oder in der Nähe der Betätigungskammer 198 angeordnet sein. Weitere Kolbenringe und/oder Buchsen können durch Kanaldichtungen und/oder Lager und ersetzt und/oder ergänzt werden und umgekehrt. Die Anordnung solcher Komponenten kann von der Position des AGR-Verteilerventils 152 relativ zu dem AGR-Kühler 158 (z. B. heiße Seite oder kalte Seite) abhängen.
In einigen Beispielen können ein oder mehrere Kühlmittelkanäle 260 innerhalb des AGR-Verteilerventils 152 angeordnet sein, insbesondere innerhalb des Ventilgehäuseverteilers 180 des AGR-Verteilerventils 152. In dem dargestellten Beispiel sind Kühlmittelkanäle 260 in dem Ventilgehäuseverteiler 180 in der Nähe des Bypass-AGR-Kanals 186 bereitgestellt, um das AGR-Verteilerventil 152 auf einer akzeptablen Temperatur zu halten.
Wie nun ausführlicher beschrieben wird, arbeitet das AGR-Verteilerventil 152 zwischen Zuständen in einer Sequenz, um die Ströme der rückgeführten Abgase durch den primären AGR-Kanal 182 und durch den Bypass-AGR-Kanal 186 mit dem einzelnen Stellglied 200 zu modulieren. Insbesondere treibt das Stellglied 200 die Antriebsvorrichtung 202 an, um das Bypass-Ventilelement 206 neu zu positionieren, und die Bewegung der Antriebsvorrichtung 202 arbeitet, um die Kupplungsvorrichtung 218 anzutreiben, um das primäre Ventilelement 222 neu zu positionieren. Die Anordnung des AGR-Verteilerventils 152 ermöglicht einen teilweise unabhängigen Betrieb der Antriebsvorrichtung 202 und eine entsprechende Modulation des Bypass-Ventilelements 206 relativ zum primären Ventilelement 222, während ferner eine verzögerte Modulation in Bezug auf die Ausgangspositionen des primären Ventilelements 222 relativ zum Bypass-Ventilelement 206 ermöglicht wird. Infolgedessen kann das Bypass-Ventilelement 206 aus der anfänglichen geschlossenen Positionen teilweise geöffnet werden, während die geschlossene Position des primären Ventilelements 222 beibehalten wird, und an einer vorbestimmten Position des Bypass-Ventilelements 206 arbeiten das Bypass-Ventilelement 206 und das primäre Ventilelement 222 zusammen, um mit dem Öffnen des primären Ventilelements 222 zu beginnen, was zu dem Öffnen beider Elemente 206, 222 führt. In einigen Beispielen kann das AGR-Verteilerventil 152 so konfiguriert sein, dass eine fortgesetzte Bewegung des Bypass-Ventilelements 206 in die erste Richtung zum Schließen des Bypass-AGR-Kanals 186 führt, während die Antriebsvorrichtung 202 und die Kupplungsvorrichtung 218 die offene Position des primären Ventilelements 222 beibehalten. Nach Entfernen der Kraft des Stellglieds 200 von der Antriebsvorrichtung 202 spannen die Rückstellfedern 210, 232 die Antriebsvorrichtung 202 und die Kupplungsvorrichtung 218 zurück in die zweite Richtung zu den Ausgangspositionen vor, so dass das Bypass-Ventilelement 206 und das primäre Ventilelement 222 die Kanäle 182, 186 jeweils schließen.
Der Betrieb des AGR-Verteilerventils 152 ist durch die Ansichten der 5A-5D und 6A-6D in den verschiedenen Zuständen dargestellt. Die Ansichten der 5A-5D sind Querschnittsansichten des Bypass-AGR-Kanals 186 (gestrichelte Linien), die auf den primären AGR-Kanal 182 überlagert sind (durchgezogene Linien), um verschiedene relative Positionen des Bypass-Ventilelements 206 (gestrichelte Linien) und des primären Ventilelements 222 (durchgezogene Linien) abzubilden. Tatsächlich entsprechen die Ansichten der 5A-5D der Querschnittsansicht durch die Linie 5-5 in 3, die auf die Querschnittsansicht durch die Linie 5'-5' in 3 überlagert sind. Die Ansichten der 6A-6D sind Querschnittsansichten durch die Linie 6-6 von 3, um Aspekte der Antriebsvorrichtung 202 und der Kupplungsvorrichtung 218 darzustellen, die den jeweiligen Positionen der Elemente 206, 222 aus 5A-5D entsprechen. Die Ansichten der 6A-6D zeigen insbesondere die Antriebswelle 204 und das Antriebszahnrad 208, die innerhalb des Kupplungskörpers 220 relativ zu dem ersten und zweiten Kupplungszahnrad 224, 226 angeordnet sind, sowie den Kupplungsanschlag 228 relativ zu dem Gehäuseanschlag 230.
Wie oben angemerkt, kann das AGR-Verteilerventil 152 in einen oder mehrere Zustände befohlen werden, um die Gasströme durch den primären AGR-Kanal 182 (und somit durch die primäre AGR-Leitung 154) und den Bypass-AGR-Kanal 186 (und somit die Bypass-AGR-Leitung 156) zu steuern. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, entsprechen die Ansichten der 5A und 6A im Allgemeinen dem ersten Zustand; die Ansichten der 5B und 6B entsprechen im Allgemeinen dem zweiten Zustand; die Ansichten der 5C und 6C entsprechen im Allgemeinen dem dritten Zustand; und die Ansichten der 5D und 6D entsprechen im Allgemeinen dem vierten Zustand.
Unter Bezugnahme zunächst auf die 5A und 6A, die den ersten Zustand darstellen, weisen die Antriebsvorrichtung 202 und die Kupplungsvorrichtung 218 anfängliche oder geschlossene Positionen auf, in denen das primäre Ventilelement 222 den primären AGR-Kanal 182 schließt und das Bypass-Ventilelement 206 den Bypass-AGR-Kanal 186 schließt. Jede der Ausgangspositionen der Ventilelemente 206, 222 von 5A kann als Winkel von 0° angesehen werden.
In dem ersten Zustand übt das Stellglied 200 kein Drehmoment auf die Antriebsvorrichtung 202 oder die Kupplungsvorrichtung 218 aus, so dass die Rückstellfedern 210, 232 (4) die Vorrichtungen 202, 218 in den Ausgangspositionen halten. In dieser Ausgangsposition, wie in 5A gezeigt, liegt das Bypass-Ventilelement 206 im Allgemeinen an der Innenfläche der Bypass-AGR-Kanalwand 184 des Bypass-AGR-Kanals 186 an, um rückgeführtes Gas zu blockieren oder zu verhindern, über das Bypass-Ventilelement 206 durch den Bypass-AGR-Kanal 186 zu strömen, und das primäre Ventilelement 222 liegt im Allgemeinen an der Innenfläche der primären AGR-Kanalwand 184 des primären AGR-Kanals 182 an, um die rückgeführten Abgase zu blockieren oder zu verhindern, über das primäre Ventilelement 222 durch den primären AGR-Kanal 182 zu strömen. Wie in 6A gezeigt, ist die Ausgangsposition der Antriebswelle 204 der Antriebsvorrichtung 202 so, dass das Antriebszahnrad 208 an dem ersten Kupplungszahnrad 224 anliegt. Gleichermaßen ist der Kupplungsanschlag 228 von dem Gehäuseanschlag 230 beabstandet.
Nun unter Bezugnahme auf die 5B und 6B, die den zweiten Zustand darstellen, wird die Antriebsvorrichtung 202 durch das Stellglied 200 in eine erste Richtung (z. B. im Uhrzeigersinn) angetrieben, um den Bypass-AGR-Kanal 186 teilweise zu öffnen, indem das Bypass-Ventilelement 206 von der Bypass-AGR-Kanalwand 188 weg geschwenkt wird. In diesem Zustand bleibt der primäre AGR-Kanal 182 geschlossen, wobei das primäre Ventilelement 222 an der primären AGR-Kanalwand 184 anliegt. Beispielsweise ist das Bypass-Ventilelement 206 bis etwa 20° offen, während das primäre Ventilelement 182 geschlossen bleibt. Dieser Vorgang ist ebenfalls in 6B dargestellt, in der das Stellglied 200 (4) die Antriebswelle 204 und das zugehörige Antriebszahnrad 208 so in die erste Richtung geschwenkt hat, dass das Antriebszahnrad 208 von dem ersten Kupplungszahnrad 224 getrennt ist und sich dem zweiten Kupplungszahnrad 226 nähert. Die besondere Ansicht von 6B stellt dar, wie das Antriebszahnrad 208 gerade beginnt, in das zweite Kupplungszahnrad 226 einzugreifen. Wenn sich das Antriebszahnrad 208 in einer Zwischenstellung befindet, zwischen der in 6A und 6B gezeigten, treibt das Antriebszahnrad 208 die Kupplungszahnräder 224, 226 nicht an oder agiert anderweitig mit ihnen, so dass die Antriebsvorrichtung 202 die Kupplungsvorrichtung 218 nicht antreibt oder anderweitig damit interagiert. Somit kann das Bypass-Ventilelement 206 in diesen Positionen manipuliert werden, um den Bypass-AGR-Kanal 186 zu öffnen, während das primäre Ventilelement 222 gehalten wird, um den primären AGR-Kanal 182 zu schließen. Anders ausgedrückt definiert der Umfangsabstand zwischen dem ersten und zweiten Kupplungszahnrad 224, 226 und die Dicke des Antriebszahnrads 208 das Ausmaß, in dem sich das Bypass-Ventilelement 206 öffnet, während das primäre Ventilelement 222 geschlossen bleibt. Die Zwischenpositionen des Bypass-Ventilelements 206, die durch die Positionen zwischen den Positionen von 5A und 5B dargestellt werden, können als Teil des zweiten Zustands des AGR-Verteilerventils betrachtet werden, in dem nur der Bypass-AGR-Kanal 186 offen ist.
Nun unter Bezugnahme auf Ansichten der 5C und 6C im dritten Zustand, wenn das Stellglied 200 (4) fortsetzt (relativ zu dem zweiten Zustand), die Antriebsvorrichtung 202 in die erste Richtung zu schwenken, greift das Antriebszahnrad 208 auf der Antriebswelle 204 in das zweite Kupplungszahnrad 226 auf der Kupplungsvorrichtung 218 ein, um die Kupplungsvorrichtung 218 in die erste Richtung anzutreiben. Wie in den Ansichten der 5C und 6C gezeigt, wenn die Kupplungsvorrichtung 218 durch die Antriebsvorrichtung 202 angetrieben wird, schwenkt die Kupplungsvorrichtung 218 in der Richtung mit der Antriebsvorrichtung 202, so dass das Bypass-Ventilelement 206 und das primäre Ventilelement 222 ebenfalls in der ersten Richtung geschwenkt werden. Wie insbesondere in 5C gezeigt, funktioniert dieser Vorgang, um das primäre Ventilelement 222 zu öffnen, indem das primäre Ventilelement 222 von der primären AGR-Kanalwand 188 weg geschwenkt wird, so dass rückgeführte Abgase zwischen dem primären Ventilelement 222 und der primären AGR-Kanalwand 188 und durch den primären AGR-Kanal 182 strömen können.
In diesem Zustand bleibt das Bypass-Ventilelement 206 offen. In einem Beispiel, wenn das Bypass-Ventilelement 206 aus der Position in 6B in die Position in 6C schwenkt, kann die Bypass-AGR-Kanalwand 188 eine Krümmung 270 aufweisen, um einen vorbestimmten Strömungsbereich zwischen dem Bypass-Ventilelement 206 und der Bypass-AGR-Kanalwand 188 an der Krümmung 270 bereitzustellen. In alternativen Beispielen kann die Krümmung 270 weggelassen werden, z. B. kann der Bypass-AGR-Kanal 186 im Allgemeinen konstante Querschnittsflächen entlang der Längsrichtung in der Nähe des Bypass-Ventilelements 206 aufweisen. Als Beispiele im dritten Zustand ist das Bypass-Ventilelement 206 bis ungefähr 10°-30° offen und das primäre Ventilelement 222 ist bis ungefähr 10° offen.
Nun unter Bezugnahme auf die Ansichten der 5D und 6D in dem vierten Zustand schwenkt das Bypass-Ventilelement 206 in die erste Richtung, bis es an einen Bypass-Kanalwandverschlussflansch 272 anstößt, der entlang der Krümmung 270 an der Bypass-AGR-Kanalwand 188 positioniert ist. Der Bypass-Kanalwandverschlussflansch 272 stellt ein Verschlussgegenelement für das Bypass-Ventilelement 206 bereit, so dass das Bypass-Ventilelement 206 in den Bypass-Kanalwandverschlussflansch 272 eingreift, um den Bypass-AGR-Kanal 186 zu schließen, wenn sich der Bypass-AGR-Kanal 186 in die erste Richtung bewegt. In diesen Positionen schließt das Bypass-Ventilelement 206 den Bypass-AGR-Kanal 186 und das primäre Ventilelement 222 öffnet den primären AGR-Kanal 182. Außerdem stößt der Kupplungsanschlag 228, wenn die Bypass-Antriebsvorrichtung 202 die Kupplungsvorrichtung 218 in der ersten Richtung antreibt, an einer vorbestimmten Position an den Gehäuseanschlag 230 an, um eine Grenze für die Antriebsvorrichtung 202 und die Kupplungsvorrichtung 218 (und somit das Bypass-Ventilelement 206 und das primäre Ventilelement 222) in der ersten Richtung bereitzustellen.
Wie oben angemerkt, können die Krümmung 270 und/oder der Bypass-Kanalwandverschlussflansch 272 in einigen Beispielen weggelassen werden. Tatsächlich kann dies zum Weglassen des vierten Zustands führen. In solchen Beispielen öffnet das Bypass-Ventilelement 206 den Bypass-AGR-Kanal 186 in einem größeren Ausmaß und behält den offenen Bypass-AGR-Kanal 186 bei, wenn das primäre Ventilelement 222 den primären AGR-Kanal 182 öffnet.
In einem Beispiel kehren die Antriebsvorrichtung 202 und die Kupplungsvorrichtung 218 in den ersten Zustand zurück, in dem sich das Bypass-Ventilelement 206 und das primäre Ventilelement 222 in der zweiten Richtung schwenken, um den Bypass-AGR-Kanal 186 und den primären AGR-Kanal 182 zu schließen, wenn das Stellglied 200 von dem zweiten, dritten oder vierten Zustand aberregt wird. Insbesondere wird, wenn das Stellglied 200 aberregt wird, die Kraft auf die Antriebsvorrichtung 202 entfernt, wodurch auch die Kraft auf die Kupplungsvorrichtung 218 entfernt wird. Nach Entfernung dieser Kräfte spannt die Rückstellfeder 210 die Antriebsvorrichtung 202 in die zweite Richtung vor, um in die Ausgangsposition zurückzukehren, und die Rückstellfeder 232 spannt die Kupplungsvorrichtung 218 in die zweite Richtung in die Ausgangsposition vor. In einigen Beispielen können die Federn 210, 232 weggelassen werden und das Stellglied 200 kann erregt und/oder betrieben werden, um eine Kraft für die Antriebswelle 204 in der zweiten Richtung bereitzustellen, um das Bypass-Ventilelement 206 in die zweite Richtung zu schwenken, um den Bypass-AGR-Kanal 186 zu schließen, wodurch der Kupplungskörper 220 in die zweite Richtung angetrieben wird, um das primäre Ventilelement 222 in die zweite Richtung zu schwenken, um den primären AGR-Kanal 182 zu schließen, um das AGR-Verteilerventil 152 in den ersten Zustand zu bringen. Tatsächlich ermöglicht die Konfiguration des AGR-Verteilerventils 152 den Betrieb von zwei Ventilelementen 206, 222 und somit die Steuerung des Gasstroms durch zwei Leitungen 154, 156 innerhalb eines einzelnen Stellglieds 200.
In einigen Beispielen kann der Betrieb des AGR-Verteilerventils 152 als Verfahren ausgelegt sein. Vor dem Betrieb wird das AGR-Verteilerventil 152 in den ersten Zustand versetzt, in dem primäre und Bypass-Ventilelemente 222, 206 dazu dienen, die primäre AGR-Leitung 154 und die Bypass-AGR-Leitung 156 zu schließen. Während des anfänglichen Betriebs ist das Kühlmittel relativ kalt, und das Leiten der rückgeführten Gase durch den AGR-Kühler 158 mit Kühlmittel, das zu kalt ist, kann zu unerwünschten Gasströmungseigenschaften führen. Somit wird das AGR-Verteilerventil 152 unter diesen Bedingungen in einen zweiten Zustand versetzt, in dem das primäre Ventilelement 222 die primäre AGR-Leitung 154 schließt, während das zweite Ventilelement positioniert ist, um die Bypass-AGR-Leitung 156 zumindest teilweise zu öffnen, wodurch der AGR-Kühler 158 umgangen wird, während das Gas noch zurückgeführt wird. Nachdem das Kühlmittel warm genug ist, kann das AGR-Verteilerventil 152 in einen dritten Zustand gebracht werden, in dem das primäre und das Bypass-Ventilelement 222, 206 dazu dienen, die primäre AGR-Leitung 154 zumindest teilweise zu öffnen und die Bypass-AGR-Leitung 156 zumindest teilweise zu öffnen, wodurch der Strom von rückgeführtem Gas durch die primäre AGR-Leitung 154 und die Bypass-AGR-Leitung 156 eingeleitet wird. In einigen Ausführungsformen kann das AGR-Verteilerventil 152, wenn das Kühlmittel eine höhere Temperatur erreicht (z. B. während des normalen Betriebs), in den vierten Zustand gebracht werden, in dem das primäre Ventilelement 222 positioniert ist, um die primäre AGR-Leitung 154 zu öffnen, und das Bypass-Ventilelement 206 positioniert ist, um die Bypass-AGR-Leitung 156 zu schließen, so dass das gesamte rückgeführte Gas durch den AGR-Kühler 158 strömt.
Es wird nun auf 7 Bezug genommen, die eine isometrische Ansicht der Abgasdrosselklappe 172 ist, die von dem Antriebssystem 108 entfernt ist, das den Abgasstrom durch die zweite Abgasleitung 170 moduliert, sowie auf 8, die eine Querschnittsansicht der Abgasdrosselklappe 172 durch die Linie 8-8 von 7 ist. In einem Beispiel wird die Abgasdrosselklappe 172 durch einen Ventilgehäuseverteiler 280 gebildet, der einen Abgaskanal 282 definiert, der durch eine Kanalwand 284 gebildet ist. Tatsächlich steht der Abgaskanal 282 in Fluidverbindung mit einem (und/oder bildet anderweitig einen) Abschnitt der Abgasleitung 170, um den Abgasstrom zu modulieren. Zusätzlich zu dem Kanal 282 bildet der Ventilgehäuseverteiler 280 ein oder mehrere Lagergehäuse 286, 288 und ein Betätigungsgehäuse 290, das eine Betätigungskammer 292 definiert, die alle im Folgenden ausführlicher beschrieben werden.
Die Abgasdrosselklappe 172 beinhaltet ferner ein Stellglied 294, das in oder auf dem Ventilgehäuseverteiler 280 montiert ist. Das Stellglied 294 ist konfiguriert, um eine Antriebsvorrichtung 296 in Eingriff zu nehmen und anzutreiben, wie im Folgenden näher erläutert. Das Stellglied 294 wird durch Signale von der Steuerung 110 (2) gesteuert (z.B. erregt, aberregt, befohlen), um die Abgasdrosselklappe 172 in einen bestimmten Zustand und/oder Satz von Positionen zu bringen. Jede geeignete Art von Stellglied 294 kann bereitgestellt werden, einschließlich pneumatisch, hydraulisch oder elektronisch, mit jeder geeigneten Art von Gestänge, Zahnrädern oder anderem Mechanismus zum Übertragen von Leistung auf eine Drehbewegung als Reaktion auf Signale, die von der Steuerung empfangen werden (z. B. Steuerung 110 von 1). In verschiedenen Beispielen kann das Stellglied 294 ein Direktantriebs-Gleichstrommotor mit Getriebezug, ein bürstenloses Stellglied mit Getriebezug und Gestänge, ein Gleichstrommotor mit Getriebezug und Gestänge und ein bürstenloses Direktantriebs-Stellglied mit einem Getriebezug sein, wobei die Getriebezüge in Form von zwei oder drei Getrieben oder einem Planetengetriebesystem vorliegen können.
In einem Beispiel kann davon ausgegangen werden, dass die Antriebsvorrichtung 296 eine Antriebswelle 298 beinhaltet, wobei ein erstes Ende mit dem Stellglied 294 gekoppelt ist und sich von der Betätigungskammer 292 durch das Lagergehäuse 286, durch den Abgaskanal 282 erstreckt und am Lagergehäuse 288 endet. Wie gezeigt, ist die Antriebswelle 298 senkrecht zu den Strömungsrichtungen durch den Abgaskanal 282 angeordnet. Ein Ventilelement vom Typ einer Klappe oder einer Drosselklappe 300 (im Allgemeinen ein inneres Ventilelement 300) ist auf der Antriebswelle 298 innerhalb des Abgaskanals 282 angeordnet, um den Abgasstrom durch den Abgaskanal 282 auf Grundlage der Drehposition der Antriebswelle 298 zumindest teilweise zu blockieren, zu verhindern oder zu ermöglichen, wie im Folgenden ausführlicher erörtert. Der Abgaskanal 282 kann im Querschnitt kreisförmig oder halbkreisförmig und im Allgemeinen zylindrisch entlang einer Länge sein, und das innere Ventilelement 300 kann eine komplementäre Form zu dem Abgaskanal 282 und anderen zusammenwirkenden Elementen aufweisen, die nachstehend erörtert werden.
Die Antriebsvorrichtung 296 beinhaltet ferner ein Antriebszahnrad (oder Nocken) 302, das auf der Antriebswelle 298 innerhalb der Betätigungskammer montiert ist und eine Wechselwirkung der Antriebsvorrichtung 296 mit anderen Betätigungselementen ermöglicht, wie ausführlicher erörtert. Zusätzlich beinhaltet die Antriebsvorrichtung 296 eine Rückstellfeder 304, die innerhalb der Betätigungskammer 292 angeordnet ist, wobei ein erstes Ende der Rückstellfeder 304 mit der Antriebswelle 298 gekoppelt ist und ein zweites Ende mit dem Ventilgehäuseverteiler 280 (oder einem anderen stationären Element) gekoppelt ist.
Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, kann das Stellglied 294 gesteuert werden, um die Antriebswelle 298 aus einer Ausgangsposition in mindestens einer ersten Richtung anzutreiben, um das Antriebszahnrad 302 und das innere Ventilelement 300 neu zu positionieren, wodurch die Antriebsrückstellfeder 304 vorgespannt wird; und bei Freigabe der Kraft von dem Stellglied 294 die Antriebsrückstellfeder 304 die Antriebswelle 298 in die zweite Richtung zwingt, einschließlich zurück in die Ausgangsposition.
Die Drosselklappe 172 beinhaltet ferner eine Kupplungsvorrichtung 306 mit einem Kupplungskörper 308. Der Kupplungskörper 308 weist einen ersten Abschnitt 310 auf, der innerhalb der Betätigungskammer 292 angeordnet ist, sich durch das erste Lagergehäuse 286 erstreckt und in dem Abgaskanal 282 endet. Der Kupplungskörper 308 weist einen zweiten Abschnitt 312 auf, der innerhalb des Abgaskanals 282 angeordnet ist und in dem zweiten Lagergehäuse 288 endet. Im Allgemeinen und wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, sind die ersten und zweiten Kupplungskörperabschnitte 310, 312 hohl und umgeben Abschnitte der Antriebswelle 298. Ein Ventilelement vom Typ einer Klappe oder einer Drosselklappe 314 (im Allgemeinen das äußere Ventilelement 314) ist am Kupplungskörper 308 innerhalb des Abgaskanals 282 montiert. Insbesondere ist eine erste Seite des äußeren Ventilelements 314 an dem ersten Abschnitt 310 des Kupplungskörpers 308 montiert, und eine zweite Seite des äußeren Ventilelements 314 ist an dem zweiten Abschnitt 312 des Kupplungskörpers 308 montiert.
Wie ebenfalls im Folgenden ausführlicher erörtert, beinhaltet die Kupplungsvorrichtung 306 ein erstes Kupplungszahnrad 316 und ein zweites Kupplungszahnrad 318 (10A-10C), die an einer Innenfläche innerhalb des Kupplungskörpers 308 in der Betätigungskammer 292 in einer Position angeordnet sind, um mit dem Antriebszahnrad 302 der Antriebsvorrichtung 296 zusammenzuwirken. Eine Rückstellfeder 320 kann innerhalb der Betätigungskammer 292 angeordnet sein, wobei ein erstes Ende mit dem Kupplungskörper 308 gekoppelt ist und ein zweites Ende mit dem Gehäuseverteiler 280 gekoppelt ist. Obwohl in 8 nicht gezeigt, beinhaltet die Kupplungsvorrichtung 306 ferner einen Kupplungsanschlag 322 (10A-10C) an einem äußeren Umfang der Antriebswelle 298, der mit einem Gehäuseanschlag 324 (10A-10D) interagiert. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, wird der Kupplungskörper 308 von dem Stellglied 294 über die Antriebswelle 298 aus einer Ausgangsposition in mindestens einer ersten Richtung angetrieben, um das äußere Ventilelement 314 neu zu positionieren, wodurch die Rückstellfeder 320 vorgespannt wird; und bei Freigabe der Kraft von dem Stellglied 294 drückt die Kupplungsrückstellfeder 320 den Kupplungskörper 308 in die zweite Richtung, einschließlich zurück in die Ausgangsposition.
Die Abgasdrosselklappe 172 beinhaltet Lager oder Buchsen 326, 328, 330, 332, die innerhalb des Ventilgehäuseverteilers 280 angeordnet sind, um die Antriebsvorrichtung 296 und die Kupplungsvorrichtung 306 zu stützen. Die Buchsen 326, 328, 330, 332 können eine beliebige geeignete Form annehmen. Insbesondere sind Kupplungsvorrichtungsbuchsen 326 innerhalb des ersten Lagergehäuses 286 angeordnet, um den ersten Abschnitt 310 des Kupplungskörpers 308 abzustützen. Die ersten Antriebsvorrichtungsbuchsen 328 sind innerhalb des zweiten Lagergehäuses 288 angeordnet, um ein Ende der Antriebswelle 298 abzustützen. Die zweite und dritte Antriebsvorrichtungsbuchse 330, 332 sind zwischen der Antriebswelle 298 und den Kupplungskörperabschnitten 310, 312 angeordnet, um eine relative Bewegung des inneren Ventilelements 300 und des äußeren Ventilelements 314 zu stützen. Verschiedene Lippendichtungen 334, 336 und Kolbenringe 338, 340 können bereitgestellt werden, um einen oder mehrere Abschnitte der Abgasdrosselklappe 172 abzudichten.
In einigen Beispielen können ein oder mehrere Kühlmittelkanäle 342 innerhalb der Drosselklappe 172 angeordnet sein, insbesondere innerhalb des Ventilgehäuseverteilers 280 der Drosselklappe 172. In dem dargestellten Beispiel sind Kühlmittelkanäle 342 in dem Ventilgehäuseverteiler 280 in der Nähe des Abgaskanals 282 bereitgestellt, um die Drosselklappe 172 bei einer akzeptablen Temperatur zu halten.
Der Abgaskanal 282 kann im Querschnitt kreisförmig oder halbkreisförmig und im Allgemeinen entlang einer Länge zylindrisch sein, und das äußere Ventilelement 314 kann eine komplementäre Form zu dem Abgaskanal 282 aufweisen, so dass in einer Ausgangsposition das äußere Ventilelement 314 den Gasstrom durch den Kanal 282 zumindest teilweise blockiert oder verhindert, und kann in andere Positionen geschwenkt werden, die einen Zwischenraum zwischen dem äußeren Ventilelement 314 und der Kanalwand 284 erzeugen, so dass Gas durch den Kanal 282 strömen kann.
Wie am besten durch 8 gezeigt, ist das äußere Ventilelement 314 ringförmig mit einer Innenöffnung, die das innere Ventilelement 300 umgibt. Anders ausgedrückt, ist das innere Ventilelement 300 innerhalb des äußeren Ventilelements 314 angeordnet. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, weisen das innere und äußere Ventilelement 300, 314 Ausgangspositionen auf, in denen die Ventilelemente 300, 314 in der gleichen Ebene ausgerichtet sind. In diesen Ausgangspositionen wirken die Ventilelemente 300, 314 zusammen, um gemeinsam effektiv die gesamte Querschnittsfläche des Abgaskanals 282 zu überspannen, um den Abgasstrom durch die zweite Abgasleitung 170 zu blockieren oder im Wesentlichen zu verhindern (2). Darüber hinaus sind das innere und äußere Ventilelement 300, 314 auf jeweiligen Wellen 298 oder Körpern 308 angeordnet, damit sie um eine gemeinsame Achse schwenken, zumindest teilweise unabhängig voneinander. Insbesondere und wie im Folgenden ausführlicher erörtert, kann das innere Ventilelement 300 relativ zu dem äußeren Ventilelement 314 geschwenkt werden, um den Abgaskanal 282 teilweise zu öffnen, und anschließend kann das äußere Ventilelement 314 relativ zu den Kanalwänden 284 geschwenkt werden, um den Abgaskanal 282 weiter zu öffnen.
Der Betrieb der Drosselklappe 172 ist durch die Ansichten von den 9A-9C und 10A-10C in den verschiedenen Zuständen dargestellt. Die Ansichten der 9A-9C sind Querschnittsansichten des Bypass-AGR-Kanals 186, um verschiedene relative Positionen des inneren und äußeren Ventilelements 300, 314 durch die Linie 9-9 in 7 darzustellen. Die Ansichten der 10A-10C sind Querschnittsansichten durch die Linie 10-10 in 7, um Aspekte der Antriebsvorrichtung 296 und der Kupplungsvorrichtung 306 darzustellen, die den jeweiligen Positionen der Ventilelemente 300, 314 von 9A-9C entsprechen. Die Ansichten der 10A-10C zeigen insbesondere die Antriebswelle 298 und das Antriebszahnrad 302, die innerhalb des Kupplungskörpers 308 relativ zu dem ersten und zweiten Kupplungszahnrad 316, 318 angeordnet sind, sowie den Kupplungsanschlag 322 relativ zu dem Gehäuseanschlag 324.
Wie oben angemerkt, kann die Drosselklappe 172 in einen oder mehrere Zustände befohlen werden, um die relative Strömung durch den Abgaskanal 282 (und somit durch die Abgasleitung 170) zu steuern. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, entsprechen die Ansichten der 9A und 10A im Allgemeinen dem ersten Zustand; die Ansichten der 9B und 10B entsprechen im Allgemeinen dem zweiten Zustand; und die Ansichten der 9C und 10C entsprechen im Allgemeinen dem dritten Zustand.
Unter Bezugnahme zunächst auf die 9A und 10A, die den ersten Zustand darstellen, befinden sich die Antriebsvorrichtung 296 und die Kupplungsvorrichtung 306 in anfänglichen oder geschlossenen Positionen, in denen das innere und äußere Ventilelement 300, 314 den Abgaskanal 282 schließen. Jede der Ausgangspositionen der Ventilelemente 300, 314 von 9A kann als Winkel von 0° angesehen werden.
In dem ersten Zustand übt das Stellglied 294 kein Drehmoment auf die Antriebsvorrichtung 296 oder die Kupplungsvorrichtung 306 aus, so dass die Rückstellfedern 304, 320 (8) die Vorrichtungen 296, 306 in den Ausgangspositionen halten. In dieser Ausgangsposition, wie in 9A gezeigt, liegt das äußere Ventilelement 314 im Allgemeinen an der Innenfläche der Kanalwand 284 des Abgaskanals 282 an und das innere Ventilelement 300 ist planar zu dem äußeren Ventilelement 314, um rückgeführtes Gas daran zu blockieren oder daran zu hindern, durch den Kanal 282 zu strömen. Wie in 10A gezeigt, ist die Ausgangsposition der Antriebswelle 298 der Antriebsvorrichtung 296 so, dass das Antriebszahnrad 302 an dem ersten Kupplungszahnrad 316 anliegt. Gleichermaßen ist der Kupplungsanschlag 322 von dem Gehäuseanschlag 324 beabstandet.
Nun unter Bezugnahme auf die 9B und 10B, die den zweiten Zustand darstellen, wird die Antriebsvorrichtung 296 durch das Stellglied 294 in eine erste Richtung (z. B. im Uhrzeigersinn) angetrieben, um einen Abschnitt des Abgaskanals 282 teilweise zu öffnen, indem das innere Ventilelement 300 aus der Ebene mit dem äußeren Ventilelement 314 geschwenkt wird, um einen Zwischenraum dazwischen zu schaffen, um einen Abgasstrom zu ermöglichen. In diesem Zustand bleibt das äußere Ventilelement 314 „geschlossen“ oder liegt anderweitig allgemein an der Kanalwand 284 an. Beispielsweise ist das innere Ventilelement 300 bis etwa 20° offen, während das äußere Ventilelement 314 bei etwa 0° bleibt. Dieser Vorgang ist ebenfalls in 10B dargestellt, in der das Stellglied 294 (8) die Antriebswelle 298 und das zugehörige Antriebszahnrad 302 in die erste Richtung geschwenkt hat, so dass das Antriebszahnrad 302 von dem ersten Kupplungszahnrad 316 getrennt ist und sich dem zweiten Kupplungszahnrad 318 nähert. Die besondere Ansicht von 10B stellt dar, wie das Antriebszahnrad 302 gerade beginnt, in das zweite Kupplungszahnrad 318 einzugreifen. Wenn sich das Antriebszahnrad 302 in einer Zwischenstellung befindet, zwischen der in 10A und 10B gezeigten, treibt das Antriebszahnrad 302 die Kupplungszahnräder 316, 318 nicht an oder agiert nicht anderweitig mit ihnen, so dass die Antriebsvorrichtung 296 die Kupplungsvorrichtung 306 nicht antreibt oder anderweitig damit interagiert. Somit kann das innere Ventilelement 300 in diesen Positionen manipuliert werden, um den Abgaskanal 282 teilweise zu öffnen, während das äußere Ventilelement 314 in dieser Ausgangsposition gehalten wird. Anders ausgedrückt definiert der Umfangsabstand zwischen dem ersten und zweiten Kupplungszahnrad 316, 318 und die Dicke des Antriebszahnrads 302 das Ausmaß, in dem sich das innere Ventilelement 300 öffnet, während das äußere Ventilelement 314 in der Ausgangsposition verbleibt.
Nun unter Bezugnahme auf Ansichten der 9C und 10C im dritten Zustand, wenn das Stellglied 294 (8) fortsetzt (relativ zu dem zweiten Zustand), die Antriebsvorrichtung 296 in die erste Richtung zu schwenken, wobei das Antriebszahnrad 302 auf der Antriebswelle 298 in das zweite Kupplungszahnrad 318 auf der Kupplungsvorrichtung 306 eingreift, um die Kupplungsvorrichtung 306 in die erste Richtung anzutreiben. Wie in den Ansichten der 9C und IOC gezeigt, wenn die Kupplungsvorrichtung 306 durch die Antriebsvorrichtung 296 angetrieben wird, schwenkt die Kupplungsvorrichtung 306 in der Richtung mit der Antriebsvorrichtung 296, so dass das innere Ventilelement 300 und das primäre Ventilelement 314 ebenfalls in der ersten Richtung geschwenkt werden. Wie insbesondere in 9C gezeigt, dient dieser Vorgang dazu, das äußere Ventilelement 314 zu öffnen, indem das äußere Ventilelement 314 von der Kanalwand 284 weg geschwenkt wird, so dass Abgas zwischen dem äußeren Ventilelement 314 und der Kanalwand 284 sowie zwischen dem inneren und äußeren Ventilelement 300, 314 hindurchtreten kann.
Die Ventilelemente 300, 314 können durch das Stellglied 294 betrieben werden auf Grundlage von Befehlen von der Steuerung 110 (1) gemäß einem beliebigen geeigneten Zeitplan oder Modell unter Berücksichtigung eines oder mehrerer Parameter, einschließlich Motordrehzahl, Temperatur, Druck und dergleichen. Insbesondere kann der Betrieb der Drosselklappe 172 als ein Verfahren ausgeführt werden, das von der Steuerung 110 (1) ausgeführt wird. In einem Beispiel, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet, wird dem Ventil 172 befohlen, geschlossen oder relativ geschlossen zu werden, um einen Motordruckabfall zu erzeugen, um die Abgastemperatur für das nachgelagerte Abgasbehandlungssystem 174 zu erhöhen (2). Wenn der Motor 120 (2) auf Volllast ist, wird der Drosselklappe 172 befohlen, vollständig geöffnet zu sein, da die Einschränkung zu einem Verlust der Kraftstoffeffizienz führen kann. Infolgedessen ist es vorteilhaft, den Gesamtkanal 282 so groß wie möglich auszulegen, um einen Druckabfall zu reduzieren. In einer typischen überdimensionierten Ventil- und Kanalkombination kann die Leckrate jedoch ohne die Doppelventilelemente (z. B. ohne das kleinere innere Ventilelement) relativ hoch sein. In der vorliegenden Ausführungsform kann das kleinere innere Ventilelement 300 manipuliert werden, um eine geringere Menge an Abgasstrom bei relativ niedrigeren Motordrehzahlen und leichten Lasten zu ermöglichen, ohne dass eine Manipulation des größeren äußeren Ventilelements 314 bei diesen Bedingungen erforderlich ist, während dennoch die Verwendung des größeren äußeren Ventilelements 314 bei den höheren Betriebsbedingungen für eine verbesserte Kraftstoffeffizienz ermöglicht wird. Somit ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine geringere Leckrate über ein größeres Ausmaß von Betriebsbedingungen, während ein größerer Kanal für eine verbesserte Kraftstoffeffizienz beibehalten wird.
Dementsprechend stellen hierin erörterte Ausführungsformen Doppelelement-Motorgasventile für Fahrzeugantriebssysteme bereit, einschließlich AGR-Verteilerventile und Gasdrosselklappen. Die vorstehend erörterten Ausführungsformen stellen solche Ventile bereit, die Doppel-Ventilelemente mit einem einzigen Stellglied betreiben, wodurch eine deutliche Reduzierung von Platz, Komplexität und Kosten im Vergleich zu anderen Konstruktionen geboten wird. Zusätzlich können die oben beschriebenen Beispiele es dem Motor ermöglichen, bei erhöhten Temperaturen zu arbeiten, um eine verbesserte Kraftstoffeffizienz zu erreichen, selbst während Emissionsniveaus von Schadstoffen beibehalten oder reduziert werden. Im Allgemeinen stellen die obigen Ausführungsformen beispielhafte Konfigurationen und Anordnungen von Antriebssystem- und/oder Motorkonfigurationen bereit. Die obige Beschreibung gilt jedoch im Allgemeinen für jeden Typ von Motor- und/oder Fahrzeugsystemen.
Nach Einschätzung eines Fachmanns können bestimmte Aspekte des offenbarten Gegenstands als Verfahren, System (z. B. ein in einem Arbeitsfahrzeug enthaltenes Arbeitsfahrzeugsteuerungssystem) oder Computerprogrammprodukt ausgeführt werden. Dementsprechend können bestimmte Ausführungsformen vollständig als Hardware, vollständig als Software (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode usw.) oder als Kombination von Soft- und Hardware (und anderen) Merkmalen implementiert werden. Darüber hinaus können bestimmte Ausführungsformen in Form eines Computerprogramms auf einem computertauglichen Speichermedium mit einem computertauglichen Programmcode im Medium ausgeführt werden.
Ausführungen der vorliegenden Offenbarung können hierin als funktionale und/oder logische Blockkomponenten und verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl an Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die zur Ausführung der erforderlichen Funktionen konfiguriert sind. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eines Systems oder einer Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten, beispielsweise Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Wertetabellen oder dergleichen, einsetzen, die mehrere Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen durchführen können. Zudem werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit einer beliebigen Anzahl von Systemen eingesetzt werden können und dass die Arbeitsfahrzeuge und die hierin beschriebenen Steuersysteme und -verfahren lediglich exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellen.
Der Kürze halber können herkömmliche Techniken in Verbindung mit dem Betrieb, der Steuerung und weiteren funktionalen Aspekten der Systeme (und der einzelnen Bedienelemente der Systeme) hierin möglicherweise nicht im Detail beschrieben sein. Weiterhin sollen die in den verschiedenen Figuren dargestellten Verbindungslinien beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physikalische Verbindungen zwischen den verschiedenen Elementen abbilden. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein können.
Konventionelle Techniken in Verbindung mit der Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalgebung, Steuerung und weiteren funktionalen Aspekten der Systeme (und der einzelnen Bedienelemente der Systeme), können hierin ggf. der Kürze halber nicht im Detail beschrieben werden. Weiterhin sollen die in den verschiedenen Figuren dargestellten Verbindungslinien beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physikalische Verbindungen zwischen den verschiedenen Elementen abbilden. Es sollte beachtet werden, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein können.
Die hierin verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ bei einer Verwendung in dieser Patentschrift das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Außerdem werden die folgenden Beispiele bereitgestellt, die zur Vereinfachung der Bezugnahme nummeriert sind.

1. Ein Motorgasventil, umfassend: einen Ventilgehäuseverteiler mit mindestens einem Strömungskanal, der durch eine Kanalwand definiert ist; einen ringförmigen Kupplungskörper, der mindestens teilweise innerhalb des Ventilgehäuseverteilers angeordnet ist, wobei der Kupplungskörper eine Innenumfangsfläche mit mindestens einem ersten Kupplungszahnrad und einem zweiten Kupplungszahnrad aufweist, die sich radial von der Innenumfangsfläche erstrecken; eine Antriebswelle, die mindestens teilweise innerhalb des Ventilgehäuseverteilers angeordnet ist, so dass mindestens ein Abschnitt der Antriebswelle konzentrisch innerhalb des Kupplungskörpers positioniert ist, wobei die Antriebswelle mindestens ein Antriebszahnrad beinhaltet, das innerhalb des Kupplungskörpers zwischen dem ersten Kupplungszahn und dem zweiten Kupplungszahn positioniert ist; ein erstes Ventilelement, das auf der Antriebswelle gelagert ist, um sich mit der Antriebswelle innerhalb des mindestens einen Strömungskanals zu drehen; ein zweites Ventilelement, das auf dem Kupplungskörper gelagert ist, um sich mit dem Kupplungskörper innerhalb des mindestens einen Strömungskanals zu drehen; und ein Stellglied, das mit der Antriebswelle gekoppelt ist, um die Antriebswelle zwischen mindestens einem ersten Zustand, in dem das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement geschlossen sind, einem zweiten Zustand, in dem das erste Ventilelement offen ist und das zweite Ventilelement geschlossen ist, und einem dritten Zustand, in dem das erste Ventilelement und das zweite Ventilelement offen sind, zu schwenken, wobei in dem ersten Zustand die Antriebswelle derart positioniert ist, dass das mindestens eine Antriebszahnrad an dem ersten Kupplungszahnrad anliegt; wobei in dem zweiten Zustand die Antriebswelle so positioniert ist, dass das mindestens eine Antriebszahnrad von dem ersten Kupplungszahnrad des Kupplungskörpers getrennt ist und sich in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Kupplungszahnrad und dem zweiten Kupplungszahnrad des Kupplungskörpers befindet; und wobei in dem dritten Zustand die Antriebswelle so positioniert ist, dass das mindestens eine Antriebszahnrad an dem zweiten Kupplungszahnrad anliegt und dieses antreibt, um den Kupplungskörper zu schwenken.
2. Das Motorgasventil nach Beispiel 1, wobei der mindestens eine Strömungskanal einen ersten Strömungskanal und einen zweiten Strömungskanal beinhaltet, wobei das erste Ventilelement innerhalb des ersten Strömungskanals positioniert ist und das zweite Ventilelement innerhalb des zweiten Strömungskanals positioniert ist.
3. Das Motorgasventil nach Beispiel 2, wobei der Ventilgehäuseverteiler ferner eine Betätigungskammer definiert, die das Stellglied zumindest teilweise aufnimmt.
4. Das Motorgasventil nach Beispiel 3, wobei der zweite Strömungskanal in einer seitlichen Ausrichtung zwischen der Betätigungskammer und dem ersten Strömungskanal positioniert ist.
5. Das Motorgasventil nach Beispiel 4, wobei sich die Antriebswelle von der Betätigungskammer durch den zweiten Strömungskanal und in den ersten Strömungskanal erstreckt, um das erste Ventilelement innerhalb des ersten Strömungskanals zu positionieren.
6. Das Motorgasventil nach Beispiel 5, wobei sich der Kupplungskörper von der Betätigungskammer in den zweiten Strömungskanal erstreckt, um das zweite Ventilelement innerhalb des ersten Strömungskanals zu positionieren.
7. Das Motorgasventil nach Beispiel 6, wobei bei einem ersten Übergang von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand die Antriebswelle durch das Stellglied geschwenkt wird, so dass das erste Ventilelement, das an der Antriebswelle montiert ist, in einen ersten Winkel geschwenkt wird, der den ersten Strömungskanal öffnet, und wobei bei einem zweiten Übergang von dem zweiten Zustand in den dritten Zustand die Antriebswelle durch das Stellglied geschwenkt wird und das mindestens eine Antriebszahnrad der Antriebswelle den Kupplungskörper über das zweiten Kupplungszahnrad antreibt, um den Kupplungskörper zu schwenken, so dass das zweite Ventilelement, das an dem Kupplungskörper montiert ist, in einen zweiten Winkel geschwenkt wird, der den zweiten Strömungskanal öffnet.
8. Das Motorgasventil nach Beispiel 7, wobei das mindestens eine Antriebszahnrad, das erste Kupplungszahnrad und das zweite Kupplungszahnrad innerhalb der Betätigungskammer untergebracht sind.
9. Das Motorgasventil nach Beispiel 1, ferner umfassend mindestens eine Rückstellfeder, die eine erste Rückstellfeder beinhaltet, die mit der Antriebswelle gekoppelt ist, so dass die erste Rückstellfeder bei Deaktivierung des Stellglieds in dem zweiten Zustand oder in dem dritten Zustand die Antriebswelle in den ersten Zustand vorspannt.
10. Das Motorgasventil nach Beispiel 9, wobei die mindestens eine Rückstellfeder ferner eine zweite Rückstellfeder beinhaltet, die mit dem Kupplungskörper gekoppelt ist, so dass die zweite Rückstellfeder bei Deaktivierung des Stellglieds in dem zweiten Zustand oder in dem dritten Zustand den Kupplungskörper in den ersten Zustand vorspannt.
11. Das Motorgasventil nach Beispiel 1, wobei die Kanalwand mit einer Krümmung ausgebildet ist, so dass, wenn sich die Antriebswelle dreht und das erste Ventilelement innerhalb des mindestens einen Strömungskanals in den zweiten Zustand oder in den dritten Zustand schwenkt, ein Strömungspfad zwischen dem ersten Ventilelement und der Kanalwand mit einer konstanten Fläche aufrechterhalten wird.
12. Das Motorgasventil nach Beispiel 1, ferner umfassend einen Verschlussflansch, der an der Durchgangswand angeordnet ist, wobei das Stellglied ferner konfiguriert ist, um die Antriebswelle in einen vierten Zustand zu schwenken, in dem die Antriebswelle so positioniert ist, dass das mindestens eine Antriebszahnrad an dem zweiten Kupplungszahnrad anliegt und dieses antreibt, um den Kupplungskörper in eine Position zu schwenken, in der das erste Ventilelement an dem Verschlussflansch anliegt.
13. Das Motorgasventil nach Beispiel 1, wobei der mindestens eine Strömungskanal ein einzelner Strömungskanal ist.
14. Das Motorgasventil nach Beispiel 13, wobei das erste Ventilelement innerhalb des zweiten Ventilelements angeordnet ist.
15. Das Motorgasventil nach Beispiel 14, wobei der Ventilgehäuseverteiler ferner eine Betätigungskammer definiert, die das Stellglied zumindest teilweise aufnimmt, wobei sich die Antriebswelle von der Betätigungskammer und durch den einzelnen Strömungskanal erstreckt, um das erste Ventilelement innerhalb des einzelnen Strömungskanals zu positionieren, und wobei der Kupplungskörper einen ersten Kupplungskörperabschnitt auf einer ersten Seite des einzelnen Strömungskanals und einen zweiten Kupplungskörperabschnitt auf einer zweiten Seite des einzelnen Strömungskanals beinhaltet, um das zweite Ventilelement innerhalb des einzelnen Strömungskanals zu positionieren.

Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll aber nicht vollständig oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Viele Modifikationen und Variationen sind für Fachleute offensichtlich, ohne vom Umfang und Sinn der Offenbarung abzuweichen. Die hierin ausdrücklich genannten Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären und es anderen Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Änderungen und Abweichungen von den beschriebenen Beispielen zu erkennen. Dementsprechend liegen verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen als die explizit beschriebenen im Geltungsbereich der folgenden Ansprüche.

Claims

Motorgasventil (152, 172), umfassend: einen Ventilgehäuseverteiler (180, 280) mit mindestens einem Strömungskanal (182, 186, 282), der durch eine Kanalwand (184, 188, 284) definiert ist; einen ringförmigen Kupplungskörper (220, 308), der zumindest teilweise innerhalb des Ventilgehäuseverteilers (180, 280) angeordnet ist, wobei der Kupplungskörper (220, 308) eine innere Umfangsfläche mit mindestens einem ersten Kupplungszahnrad (224, 316) und einem zweiten Kupplungszahnrad (226, 318) aufweist, die sich radial von der inneren Umfangsfläche erstrecken; eine Antriebswelle (204, 298), die zumindest teilweise innerhalb des Ventilgehäuseverteilers (180, 280) angeordnet ist, so dass mindestens ein Abschnitt der Antriebswelle (204, 298) konzentrisch innerhalb des Kupplungskörpers (220, 308) positioniert ist, wobei die Antriebswelle (204, 298) mindestens ein Antriebszahnrad (208, 302) beinhaltet, das innerhalb des Kupplungskörpers (220, 308) zwischen dem ersten Kupplungszahnrad (224, 316) und dem zweiten Kupplungszahnrad (226, 318) positioniert ist; ein erstes Ventilelement (206, 300), das auf der Antriebswelle (204, 298) gelagert ist, um sich mit der Antriebswelle (204, 298) innerhalb des mindestens einen Strömungskanals (186, 282) zu drehen; ein zweites Ventilelement (222, 314), das auf dem Kupplungskörper (220, 308) gelagert ist, um sich mit dem Kupplungskörper (220, 308) innerhalb des mindestens einen Strömungskanals (182, 282) zu drehen; und ein Stellglied (200, 294), das mit der Antriebswelle (204, 298) gekoppelt ist, um die Antriebswelle (204, 298) zwischen mindestens einem ersten Zustand, in dem das erste Ventilelement (206, 300) und das zweite Ventilelement (222, 314) geschlossen sind, einem zweiten Zustand, in dem das erste Ventilelement (206, 300) offen ist und das zweite Ventilelement (222, 314) geschlossen ist, und einem dritten Zustand, in dem das erste Ventilelement (206, 300) und das zweite Ventilelement (222, 314) offen sind, zu schwenken, wobei in dem ersten Zustand die Antriebswelle (204, 298) so positioniert ist, dass das mindestens eine Antriebszahnrad (208, 302) an dem ersten Kupplungszahnrad (224, 316) anliegt; wobei die Antriebswelle (204, 298) in dem zweiten Zustand so positioniert ist, dass das mindestens eine Antriebszahnrad (208, 302) von dem ersten Kupplungszahnrad (224, 316) des Kupplungskörpers (220, 308) getrennt ist und sich in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Kupplungszahnrad (224, 316) und dem zweiten Kupplungszahnrad (226, 318) des Kupplungskörpers (220, 308) befindet; und wobei die Antriebswelle (204, 298) in dem dritten Zustand so positioniert ist, dass das mindestens eine Antriebszahnrad (208, 302) an dem zweiten Kupplungszahnrad (226, 318) anliegt und dieses antreibt, um den Kupplungskörper (220, 308) zu schwenken.
Motorgasventil (152) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Strömungskanal (182, 186) einen ersten Strömungskanal (186) und einen zweiten Strömungskanal (182) beinhaltet, wobei das erste Ventilelement (206) innerhalb des ersten Strömungskanals (186) positioniert ist und das zweite Ventilelement (222) innerhalb des zweiten Strömungskanals (182) positioniert ist.
Motorgasventil (152) nach Anspruch 2, wobei der Ventilgehäuseverteiler (180) ferner eine Betätigungskammer (198) definiert, die das Stellglied (200) zumindest teilweise aufnimmt.
Motorgasventil (152) nach Anspruch 3, wobei in einer seitlichen Ausrichtung der zweite Strömungskanal (182) zwischen der Betätigungskammer (198) und dem ersten Strömungskanal (186) positioniert ist.
Motorgasventil (152) nach Anspruch 4, wobei sich die Antriebswelle (204) von der Betätigungskammer (198), durch den zweiten Strömungskanal (182) und in den ersten Strömungskanal (186) erstreckt, um das erste Ventilelement (206) innerhalb des ersten Strömungskanals (186) zu positionieren.
Motorgasventil (152) nach Anspruch 5, wobei sich der Kupplungskörper (220) von der Betätigungskammer (198) in den zweiten Strömungskanal (182) erstreckt, um das zweite Ventilelement (222) innerhalb des ersten Strömungskanals (186) zu positionieren.
Motorgasventil (152) nach Anspruch 6, wobei bei einem ersten Übergang von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand die Antriebswelle (204) durch das Stellglied (200) so geschwenkt wird, dass das an der Antriebswelle (204) angebrachte erste Ventilelement (206) in einen ersten Winkel geschwenkt wird, der den ersten Strömungskanal (186) öffnet, und wobei bei einem zweiten Übergang von dem zweiten Zustand in den dritten Zustand die Antriebswelle (204) durch das Stellglied (200) geschwenkt wird und das mindestens eine Antriebszahnrad (208) der Antriebswelle (204) den Kupplungskörper (220) über das zweite Kupplungszahnrad (226) antreibt, um den Kupplungskörper (220) derart zu schwenken, dass das an dem Kupplungskörper (220) angebrachte zweite Ventilelement (222) in einen zweiten Winkel geschwenkt wird, der den zweiten Strömungskanal (182) öffnet.
Motorgasventil (152) nach Anspruch 7, wobei das mindestens eine Antriebszahnrad (208), das erste Kupplungszahnrad (224) und das zweite Kupplungszahnrad (226) innerhalb der Betätigungskammer (198) untergebracht sind.
Motorgasventil (152, 172) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend mindestens eine Rückstellfeder (210, 232, 304, 320), die eine erste Rückstellfeder (210, 304) beinhaltet, die mit der Antriebswelle (204, 298) gekoppelt ist, so dass die erste Rückstellfeder (210, 304) bei Deaktivierung des Stellglieds (200, 294) in dem zweiten Zustand oder in dem dritten Zustand die Antriebswelle (204, 298) in den ersten Zustand vorspannt.
Motorgasventil (152, 172) nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Rückstellfeder (210, 232, 304, 320) ferner eine zweite Rückstellfeder (232, 320) beinhaltet, die mit dem Kupplungskörper (220, 308) gekoppelt ist, so dass die zweite Rückstellfeder (232, 320) bei Deaktivierung des Stellglieds (200, 294) in dem zweiten Zustand oder in dem dritten Zustand den Kupplungskörper (220, 308) in den ersten Zustand vorspannt.
Motorgasventil (152) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kanalwand (188) mit einer Krümmung ausgebildet ist, so dass, wenn sich die Antriebswelle (204) dreht und das erste Ventilelement (206) innerhalb des mindestens einen Strömungskanals (188) in den zweiten Zustand oder in den dritten Zustand schwenkt, ein Strömungspfad zwischen dem ersten Ventilelement (206) und der Kanalwand (188) mit einer konstanten Fläche aufrechterhalten wird.
Motorgasventil (152) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend einen Verschlussflansch (272), der an der Kanalwand (188) angeordnet ist, wobei das Stellglied (200) ferner konfiguriert ist, um die Antriebswelle (204) in einen vierten Zustand zu schwenken, in dem die Antriebswelle (204) so positioniert ist, dass das mindestens eine Antriebszahnrad (208) an dem zweiten Kupplungszahnrad (226) anliegt und dieses antreibt, um den Kupplungskörper (220) in eine Position zu schwenken, in der das erste Ventilelement (206) an dem Verschlussflansch (272) anliegt.
Motorgasventil (172) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der mindestens eine Strömungskanal (284) ein einzelner Strömungskanal ist.
Motorgasventil (172) nach Anspruch 13, wobei das erste Ventilelement (300) innerhalb des zweiten Ventilelements (314) angeordnet ist.
Motorgasventil (172) nach Anspruch 14, wobei der Ventilgehäuseverteiler (280) ferner eine Betätigungskammer definiert, die das Stellglied (294) zumindest teilweise aufnimmt, wobei sich die Antriebswelle (298) von der Betätigungskammer (292) und durch den einzelnen Strömungskanal erstreckt, um das erste Ventilelement (300) innerhalb des einzelnen Strömungskanals (284) zu positionieren, und wobei der Kupplungskörper (308) einen ersten Kupplungskörperabschnitt (310) auf einer ersten Seite des einzelnen Strömungskanals und einen zweiten Kupplungskörperabschnitt (312) auf einer zweiten Seite des einzelnen Strömungskanals umfasst, um das zweite Ventilelement (314) innerhalb des einzelnen Strömungskanals (284) zu positionieren.