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Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil für einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Abgasrückführventil.
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Das Rückführen eines Teils des Abgases, welche eine Verbrennungskraftmaschine emittiert, dient zur signifikanten Verringerung von Stickoxidemissionen, welche auch als NOx-Emissionen bezeichnet werden können. Der rückgeführte Teil des Abgases bildet eine Abgasmenge, welche bei der Verbrennung von Kraftstoff als sogenanntes Ballastgas in den jeweiligen Brennräumen dient. Durch das Ballastgas gelingt es, bei der Verbrennung auftretende Spitzentemperaturen, deren Höhe maßgeblich für die Menge an entstehenden NOx-Emissionen ist, zu verringern. Zum Einstellen der Abgasmenge werden Abgasrückführventile, auch AGR-Ventile genannt, genutzt, welche beispielsweise durch Unterdruck betätigt oder elektrisch betätigt sein können. Dabei kann ein Stellelement des Abgasrückführventils - je nach Bauart des AGR-Ventils - translatorisch oder rotatorisch anhand von beispielsweise durch die Unterdruckbetätigung oder elektrische Betätigung erzeugten Stellkräften bewegt werden, um einen sich durch ein Gehäuseelement des AGR-Ventils erstreckenden Abgasführungsraum bereichsweise zu verengen. Durch das Verengen wird in der Regel eine im Querschnitt veränderbare Drosselstelle geschaffen, wobei durch die Veränderung des Querschnitts anhand des Stellelements die Abgasmenge eingestellt werden kann. Das Stellelement kann beispielsweise über ein Halteelement, beispielsweise eine Welle, gehalten werden, wobei das Halteelement zum Übertragen der die Bewegung des Stellelements bewirkenden Stellkräfte dienen kann.
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Aus der
EP 2 492 487 A1 ist eine Klappenvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse, einer Welle, die im Gehäuse drehbar gelagert ist, einem Aktor über den die Welle drehbar ist und zumindest einem Klappenkörper bekannt, der auf der Welle befestigt ist. Durch Drehen der Welle ist ein freier Durchströmungsquerschnitt zumindest eines im Gehäuse ausgebildeten Kanals regelbar, wobei die Welle aus einer Bronze hergestellt ist. Dies führt zu einer deutlich verbesserten Wärmeabfuhr und gleichzeitiger Lagerung ohne zusätzliche Buchsen oder Lager.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders robustes Abgasrückführventil sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem derart robusten Abgasrückführventil zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Abgasrückführventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil für einen Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem aus einem Gehäuseelement-Material gebildeten Gehäuseelement, durch welches sich ein Abgasführungsraum erstreckt und an welchem ein Stellelement, das zum Einstellen einer beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abgasrückführventils durch den Abgasführungsraum strömenden Abgasmenge ausgebildet ist, bewegbar gelagert ist.
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Der Abgasführungsraum kann einem Raum, also einem Volumen entsprechen, durch welches beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abgasrückführventils Abgas und damit die entsprechende Abgasmenge geleitet wird. Der Abgasführungsraum kann auch als Abgasführungsvolumen bezeichnet werden.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abgasrückführventil ein Hohlrohrelement aufweist, welches zwischen dem Gehäuseelement und dem Stellelement angeordnet ist und welches zumindest bereichsweise aus einem Hohlrohrelement-Material mit einer höheren Korrosionsbeständigkeit und/oder einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als das Gehäuseelement-Material gebildet ist. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein besonders ausfallsicherer Betrieb des Abgasrückführventils bei Verbrennung von sogenanntem Schlechtkraftstoff, welcher beispielsweise hohe Anteile an Chlor oder Schwefel aufweisen kann, ermöglicht ist, ohne dass es zu unerwünscht starker Korrosion im Bereich des Gehäuseelements und/oder des Stellelements kommt. Durch das Vermeiden der unerwünscht starken Korrosion ist das Abgasrückführventil besonders robust und ausfallsicher, auch beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit Schlechtkraftstoff.
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Zusätzlich oder alternativ kann durch die geringere Wärmeleitfähigkeit des Hohlrohrelement-Materials eine geringere Abkühlung und Wärmeabfuhr der Abgasmenge infolge von Wärmeleitung über das Hohlrohrelement und das Gehäuseelement erreicht werden, als dies ohne das Hohlrohrelement der Fall ist. Aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit des Hohlrohrelement-Materials im Vergleich zu dem Gehäuseelement-Material kann das Hohlrohrelement thermisch isolierend wirken, wodurch eine dem Stellelement sowie dem Abgasführungsraum zugewandte Hohlrohrelement-Innenseite eine besonders hohe Oberflächentemperatur aufweisen kann. Dadurch kann eine unzulässig starke Versottung, also Verschmutzung im Bereich des Stellelements durch Ruß-Kohlenwasserstoff-Ablagerungen, insbesondere bei zusätzlicher Kondensation von Schwefelsäure, welche bei der Verbrennung von Schlechtkraftstoff entstehen kann, vermieden werden.
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Das Hohlrohrelement kann vorzugsweise als Hohlzylinder ausgebildet sein, wodurch das Hohlrohrelement aufwandsarm bereitgestellt und mit dem Gehäuseelement verbunden werden kann.
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Das Hohlrohrelement kann zwischen dem Abgasführungsraum und dem Gehäuseelement angeordnet sein, wobei das Hohlrohrelement eine Abgasdurchtrittsöffnung, auch Hohlrohrelement-Abgasdurchtrittsöffnung genannt, aufweisen kann, durch welche sich der Abgasführungsraum erstrecken kann.
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Das Hohlrohrelement kann den Abgasführungsraum in dessen Radialerstreckungsrichtung zumindest bereichsweise begrenzen. Mit anderen Worten kann also das Hohlrohrelement derart angeordnet sein, dass das Hohlrohrelement beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abgasrückführventils vorzugsweise unmittelbar mit der Abgasmenge in Kontakt tritt.
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Das Abgasrückführventil kann vorzugsweise als Niederdruck-Abgasrückführventil ausgebildet sein, sodass das Abgasrückführventil mit geringeren Abgastemperaturen beaufschlagt wird, als ein Hochdruck-Abgasrückführventil. Die Verbrennungskraftmaschine kann vorzugsweise als Dieselmotor ausgebildet sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuseelement-Material aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Die Aluminiumlegierung weist ein besonders geringes Gewicht auf und das Gehäuseelement kann beispielsweise in einem Aluminium-Druckgussverfahren besonders aufwandsarm hergestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Hohlrohrelement-Material aus einem Edelstahl gebildet. Edelstahl ist einerseits besonders korrosionsbeständig und weist andererseits eine - im Vergleich zu vielen anderen Metallen bzw. Legierungen, wie Aluminiumlegierungen - geringe Wärmeleitfähigkeit auf.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Hohlrohrelement eine Aufnahmeöffnung auf, in welche ein zum Halten des Stellelements in dem Abgasführungsraum ausgebildetes Halteelement eingeführt ist. Dies ist von Vorteil, da einerseits das Stellelement anhand des Halteelements gehalten und das Hohlrohrelement besonders platzsparend in einem Bewegungsbereich des Stellelements platziert werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Hohlrohrelement durch Umgießen des Hohlrohrelements mit dem Gehäuseelement-Material in einem Druckguss-Verfahren oder durch Einpressen des Hohlrohrelements in das Gehäuseelement mit dem Gehäuseelement gefügt. Das Druckguss-Verfahren stellt ebenso wie das Einpressen eine besonders aufwandsarme Möglichkeit dar, um das Hohlrohrelement mit dem Gehäuseelement zu fügen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bilden das Gehäuseelement und das Hohlrohrelement einen Formschluss, durch welchen das Hohlrohrelement gegenüber einem Herausgleiten aus dem Gehäuseelement in Axialerstreckungsrichtung des Abgasführungsraums gesichert ist. Durch den Formschluss ist das Hohlrohrelement auf besonders sichere Weise gegenüber einem unerwünschten Versatz relativ zu dem Gehäuseelement gesichert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Formschluss durch eine, sich in Umfangsrichtung des Hohlrohrelements an dessen, dem Gehäuseelement zugewandter Hohlrohrelement-Außenseite angeordnete Kerbe, in welche das Gehäuseelement bereichsweise eingreift, gebildet. Dieser Formschluss lässt sich besonders einfach herstellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die Kerbe zumindest bereichsweise helixförmig entlang der Hohlrohrelement-Außenseite. Die sich helixförmig erstreckende Kerbe bietet eine Sicherung des Hohlrohrelements sowohl gegenüber einer unerwünschten Drehung als auch gegenüber einer unerwünschten Translation relativ zu dem Gehäuseelement.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Stellelement drehbar in dem Abgasführungsraum angeordnet, und die Abgasmenge ist durch eine Drehbewegung des Stellelements relativ zu dem Abgasführungsraum einstellbar. Das Stellelement kann dadurch im Gegensatz zu einer Linearbewegung platzsparend auf begrenztem Bauraum gedreht geschwenkt werden, um die Abgasmenge in Abhängigkeit von der Drehbewegung einzustellen. Das Stellelement kann scheibenförmig ausgebildet und beispielsweise als Abgasklappe ausgestaltet sein.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Abgasrückführventil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere eine Niederdruck-Abgasrückführstrecke, auch ND-AGR-Strecke genannt, aufweisen. Mit anderen Worten kann das Kraftfahrzeug Niederdruck-Abgasrückführung zur Reduzierung von in den Abgasen enthaltenen Stickoxiden nutzen. Dieses Kraftfahrzeug kann aufgrund des robusten Abgasrückführventils besonders störungsarm betrieben werden.
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Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
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Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt:
- 1 eine stark abstrahierte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer ebenfalls stark abstrahiert dargestellten Verbrennungskraftmaschine und einem in schematischer Perspektivansicht gezeigten Abgasrückführventil;
- 2 eine schematische Perspektivansicht eines Hohlrohrelements des Abgasrückführventils; und
- 3 eine schematische Perspektivansicht eines Gehäuseelements des Abgasrückführventils und des mit dem Gehäuseelement gefügten Hohlrohrelements.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in stark abstrahierter Darstellung ein Kraftfahrzeug K mit einer ebenfalls stark abstrahiert dargestellten Verbrennungskraftmaschine 100 und einem in schematischer Perspektivansicht gezeigten Abgasrückführventil 10, welches in einen nicht näher dargestellten Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine 100 integriert ist. Das Abgasrückführventil 10 kann dabei zwischen zwei vorliegend nicht weiter gezeigten Abgasrohren angeordnet sein, von welchen ein erstes der Abgasrohre Abgas zu dem Abgasrückführventil 10 führt, also stromauf des Abgasrückführventils 10 angeordnet ist. Ein zweites der Abgasrohre, welches stromab des Abgasrückführventils 10 angeordnet ist, führt wiederum eine anhand des Abgasrückführventils 10 eingestellte Abgasmenge 12 des Abgases in Richtung eines Ansaugtraktes (nicht gezeigt) der Verbrennungskraftmaschine 100. Im Ansaugtrakt wird die Abgasmenge mit Frischluft vermischt und jeweiligen Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine 100 zugeführt.
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Das Abgasrückführventil 10 weist ein aus einem Gehäuseelement-Material 22 gebildetes Gehäuseelement 20 auf, durch welches sich ein Abgasführungsraum 30 erstreckt. An dem Gehäuseelement 20 ist ein Stellelement 40 gelagert. Das Stellelement 40 dient zum Einstellen der durch einen Pfeil in 1 verdeutlichten Abgasmenge 12. Die Abgasmenge 12 strömt beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abgasrückführventils 10, also wenn die Abgasmenge 12 im Rahmen einer Abgasrückführung den hier nicht weiter gezeigten Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine 100 zugeführt werden soll, durch den Abgasführungsraum 30. Das Stellelement 40 ist über ein vorzugsweise als Welle ausgebildetes Halteelement 44 bewegbar, nämlich relativ zu dem Gehäuseelement 20 drehbar gelagert. Damit ist das Stellelement 40 auch relativ zu dem Abgasführungsraum 30 drehbar gelagert. Das Stellelement 40 und das Halteelement 44 können miteinander verschraubt sein, wie ebenfalls anhand von 1 zu erkennen ist. Zum Bewegen des Stellelements 40 kann eine hier nicht weiter gezeigte Unterdruckdose oder beispielsweise ein elektrischer Aktuator vorgesehen sein.
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Das Stellelement 40 ist zusammenfassend also drehbar in dem Abgasführungsraum 30 angeordnet, und die Abgasmenge 12 ist durch eine durch einen Doppelpfeil in 1 verdeutlichte Drehbewegung 42 des Stellelements 40 relativ zu dem Abgasführungsraum 30 einstellbar.
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Das Abgasrückführventil 10 weist ein Hohlrohrelement 60 auf, welches zwischen dem Gehäuseelement 20 und dem Stellelement 40 angeordnet ist und welches aus einem Hohlrohrelement-Material 62 mit einer höheren Korrosionsbeständigkeit und einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als das Gehäuseelement-Material 22 gebildet ist. Der Abgasführungsraum 30 wird umfangsseitig, also in Umfangsrichtung U des Hohlrohrelements 60 durch eine, dem Stellelement 40 zugewandte Hohlrohrelement-Innenseite 68 des Hohlrohrelements 60 begrenzt. Das Hohlrohrelement 60 weist damit eine Hohlrohrelement-Abgasdurchtrittsöffnung 61 auf, welche den Abgasführungsraum 30 umfangsseitig umgrenzt und durch welche die Abgasmenge 12 strömt.
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In der vorliegenden Variante des Abgasrückführventils 10 ist das Gehäuseelement-Material 22 aus einer Aluminiumlegierung gebildet, wohingegen das Hohlrohrelement-Material 62 aus einem Edelstahl gebildet ist. Die Ausgestaltung des Gehäuseelement-Materials 22 aus der Aluminiumlegierung und des Hohlrohrelement-Materials 62 aus Edelstahl stellt eine besonders vorteilhafte Kombination dar, da sowohl die Funktionsfähigkeit des Stellelements 40 gefährdende Korrosions- als auch Versottungserscheinungen beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Abgasrückführventils 10, also bei der Einstellung der Abgasmenge 12 anhand des Stellelements 40, verringert werden können.
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Das Hohlrohrelement 60 weist eine in 2 deutlich erkennbare Aufnahmeöffnung 64 auf, in welche das zum Halten und Drehen des Stellelements 40 in dem Abgasführungsraum 30 ausgebildete Halteelement 44 eingeführt ist, wie durch Zusammenschau von 1 mit 2 ersichtlich ist.
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Das Hohlrohrelement 60 kann beispielsweise durch Umgießen des Hohlrohrelements 60 mit dem Gehäuseelement-Material 22 in einem Druckguss-Verfahren gefügt sein. Bei dem Druckguss-Verfahren kann das Gehäuseelement 20 oder zumindest ein Halbzeug des Gehäuseelements 20 hergestellt werden. Bei etwaigen, an das Druckguss-Verfahren anschließenden Bearbeitungsschritten können gegebenenfalls etwaige Oberflächen des Halbzeugs des Gehäuseelements 20 nachbearbeitet oder Gewinde vorgesehen werden, um aus dem Halbzeug das einbaufertige Gehäuseelement 20 herzustellen, was nachfolgend jedoch nicht weiter beschrieben wird. Alternativ dazu kann das Hohlrohrelement 60 auch durch Einpressen des Hohlrohrelements 60 in das Gehäuseelement 20 mit dem Gehäuseelement 20 gefügt sein.
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Das Gehäuseelement 20 und das Hohlrohrelement 60 können einen Formschluss 70 bilden, durch welchen das Hohlrohrelement 60 gegenüber einem Herausgleiten aus dem Gehäuseelement 20 in einer durch einen Pfeil in 1 verdeutlichten Axialerstreckungsrichtung x des Abgasführungsraums 30 gesichert ist. Die Abgasmenge 12 strömt entlang der Axialerstreckungsrichtung x durch den Abgasführungsraum 30.
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Der Formschluss 70 ist durch eine, sich in Umfangsrichtung U des Hohlrohrelements 60 an dessen, dem Gehäuseelement 20 zugewandter Hohlrohrelement-Außenseite 66 angeordnete Kerbe 80, in welche das Gehäuseelement 20 bereichsweise eingreift, gebildet, wie durch Zusammenschau von 2 mit 3 ersichtlich ist.
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Die Kerbe 80 erstreckt sich zumindest bereichsweise helixförmig in der Umfangsrichtung U entlang der Hohlrohrelement-Außenseite 66.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgasrückführventil
- 12
- Abgasmenge
- 20
- Gehäuseelement
- 22
- Gehäuseelement-Material
- 30
- Abgasführungsraum
- 40
- Stellelement
- 42
- Drehbewegung
- 44
- Halteelement
- 60
- Hohlrohrelement
- 61
- Hohlrohrelement-Abgasdurchtrittsöffnung
- 62
- Hohlrohrelement-Material
- 64
- Aufnahmeöffnung
- 66
- Hohlrohrelement-Außenseite
- 68
- Hohlrohrelement-Innenseite
- 70
- Formschluss
- 80
- Kerbe
- 100
- Verbrennungskraftmaschine
- K
- Kraftfahrzeug
- U
- Umfangsrichtung
- x
- Axialerstreckungsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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