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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. August 2014 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/041,844 mit dem Titel „Adjustable, Low Loss Valve For Providing High Pressure Loop Exhaust Gas Recirculation (Einstellbares, verlustarmes Ventil zur Bereitstellung einer Hochdruckschleifen-Abgasrückführung)”.
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HINTERGRUND
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Turbolader werden an einem Motor dazu vorgesehen, dem Motoreinlass Luft mit einer größeren Dichte zuzuführen, als bei einer Saugkonfiguration möglich wäre. Dies gestattet die Verbrennung von mehr Kraftstoff, wodurch die Leistung des Motors verstärkt wird, ohne wesentlich das Gewicht des Motors zu erhöhen.
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Allgemein nutzen Turbolader den Abgasstrom aus dem Auslasskrümmer des Motors, der an einem Turbinengehäuseeinlass in die Turbinenstufe des Turboladers eintritt, zum Antrieb eines Turbinenrads, das in dem Turbinengehäuse positioniert ist. Das Turbinenrad ist an einem Ende einer Welle befestigt, die in einem Lagergehäuse drehbar gestützt wird. Die Welle treibt ein an dem anderen Ende der Welle befestigtes Verdichterrad an. Somit stellt das Turbinenrad Drehleistung zum Antrieb des Verdichterrads des Verdichters und somit zum Antrieb des Verdichters des Turboladers bereit. Diese verdichtete Luft wird dann dem Motoreinlass zugeführt, wie oben beschrieben wird.
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Es gibt Umstände, unter denen es wünschenswert ist, einen Teil des Hochdruck-Abgasstroms vor dem Erreichen des Turbinenrads von dem Motor abzuzweigen und ihn zusammen mit mit druckbeaufschlagter Luft aus dem Verdichterbereich des Turboladers zum Lufteinlass des Motors umzuleiten. Beispielsweise kann Abgasrückführung (AGR) NOx-Emissionen (z. B. NO (Stickstoffmonoxid) und NO2 (Stickstoffdioxid)) des Motors reduzieren.
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Einige bekannte Auslasssystemkonfigurationen umfassen zum Leiten eines Teils des Abgasstroms zu dem Motoreinlass Ventile, die Abgasstrom aus dem Motor sperren, um den Druck zu steigern und Strom zu dem Lufteinlass des Motors zu leiten. Jedoch führen einige dieser Konfigurationen zu Druckzunahmen über alle Motorzylinder hinweg, die dazu ausreichen, dass der Motor zum Drücken des Abgases in das Auslasssystem stärker arbeiten muss. Dies wiederum führt zu Motorpumpverlusten und somit Leistungsschwächen des Motors.
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KURZDARSTELLUNG
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Bei einigen Aspekten ist ein Motorauslasssystem für einen Motor mit einem Turbolader gekoppelt. Das Motorauslasssystem umfasst einen Auslasskanal, der den Turbolader (30) mit einem Auslass des Motors koppelt, und ein Ventil, das in dem Auslasskanal angeordnet ist, wobei das Ventil dazu konfiguriert ist, Druck zum Treiben von Hochdruck-Abgasrückführung zu dem Motor zu erzeugen. Das Ventil umfasst ein erstes Ende, das einem Abgasstrom in dem Auslasskanal zugewandt ist; ein zweites Ende gegenüber dem ersten Ende; eine Ventillängsachse, die durch sowohl das erste Ende als auch das zweite Ende verläuft; eine Ventilaußenfläche, die dazu konfiguriert ist, an die Form und Abmessungen des Auslasskanals angepasst zu sein; und eine Ventilinnenfläche, die bei Betrachtung im Längsquerschnitt ein krummliniges Profil aufweist. Das Motorauslasssystem umfasst des Weiteren einen Aktuator, der mit dem Ventil verbunden ist, wobei der Aktuator dazu konfiguriert ist, das Ventil dahingehend bezüglich des Auslasskanals zu bewegen, den Abgasdruck in dem Auslasskanal zu steuern.
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Das Motorauslasssystem kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: Die Ventilinnenfläche definiert einen konvergierenden Abschnitt, der an das erste Ende angrenzt, und einen divergierenden Abschnitt, der zwischen dem konvergierenden Abschnitt und dem zweiten Ende angeordnet ist. Die Ventilinnenfläche definiert einen ersten konkaven Abschnitt, der an das erste Ende angrenzt, einen zweiten konkaven Abschnitt, der an das zweite Ende angrenzt, und einen konvexen Abschnitt, der zwischen dem ersten konkaven Abschnitt und dem zweiten konkaven Abschnitt angeordnet ist. Die Ventilinnenfläche definiert eine sich gleichmäßig krümmende Fläche. Die Ventilinnenfläche ist so konfiguriert, dass der Schnittpunkt des Ventils mit einer ersten Ebene, die quer zur Ventillängsachse verläuft, eine erste Linie bei der Ventilinnenfläche definiert, wobei die erste Linie für eine beliebige Positionierung der ersten Ebene zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende parallel zu einer Achse ist, die quer zur Ventillängsachse verläuft, und eine zweite Linie, die durch den Schnittpunkt einer zweiten Querebene mit dem Ventil definiert wird, unabhängig von der axialen Positionierung der zweiten Querebene parallel zu der ersten Linie ist. Das Ventil ist so in dem Auslasskanal angeordnet, dass die Ventillängsachse allgemein parallel zu einer Abgasströmungsrichtung in dem Auslasskanal ist. Das Ventil ist an einer Stelle stromaufwärts des Turboladers in dem Auslasskanal angeordnet.
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Das Motorauslasssystem kann eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Merkmale umfassen: Ein Pilotrohr ist in dem Auslasskanal angeordnet, und das Pilotrohr ist mit einem Lufteinlass des Motors über eine Leitung verbunden und dazu konfiguriert, den Druck von in den Motor eingeleitetem Gas zu erhöhen. Ein Pilotrohr ist in dem Auslasskanal an einer dem Ventil entsprechenden Positionierung angeordnet, und das Pilotrohr ist über eine Leitung mit einem Lufteinlass des Motors verbunden und dazu konfiguriert, den Druck von in den Motor eingeleitetem Gas zu erhöhen. Ein Pilotrohr ist in dem Auslasskanal zur Ausrichtung auf eine Abgasströmung in dem Auslasskanal angeordnet, wobei das Pilotrohr einen vorderen Rand, der der Strömung zugewandt und zur Reduzierung der Geschwindigkeit der Strömung konfiguriert ist, einen Pilotrohrinnendurchgang, der an einer Stelle, bei der die Strömung eine Höchstgeschwindigkeit aufweist, in den vorderen Rand mündet, umfasst, wobei der Pilotrohrinnendurchgang über eine Leitung mit einem Lufteinlass des Motors verbunden ist und Druck in dem Pilotrohrinnendurchgang, wenn Abgas in dem Auslasskanal an dem Pilotrohr vorbeiströmt, erhöht wird, wodurch der Druck von in den Lufteinlass eingeleitetem Gas erhöht wird. Das Pilotrohr ist an einer axialen Positionierung, die der axialen Positionierung des Ventils entspricht, in dem Auslasskanal positioniert. Der Aktuator ist über eine Stange mit dem Ventil verbunden, wobei der Aktuator außerhalb des Auslasskanals angeordnet ist und die Stange durch eine Öffnung in einer Wand des Auslasskanals hindurchführt, wobei eine Dichtung in der Öffnung angeordnet ist, die eine Abdichtung zwischen der Stange und der Wand des Auslasskanals bereitstellt, wobei ein Druckablass in der Wand des Auslasskanals vorgesehen ist und der Druckablass neben der Dichtung mündet. Die Dichtung umfasst einen ersten Kolbenring und einen zweiten Kolbenring, die in der Öffnung angeordnet sind und eine Labyrinthdichtung zwischen der Stange und der Wand des Auslasskanals bereitstellen, und der Druckablass mündet zwischen dem ersten Kolbenring und dem zweiten Kolbenring. Der Druckablass umfasst ein erstes Ende, das zwischen dem ersten Kolbenring und dem zweiten Kolbenring mündet, und ein zweites Ende, das an einer zwischen dem Turbolader und einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordneten Stelle in den Auslasskanal mündet. Das Motorauslasssystem umfasst den Motor und/oder den Turbolader. Die Ventilinnenfläche ist unabhängig von der Ventilposition von einer zugewandten Fläche des Auslasskanals beabstandet.
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Bei einigen Aspekten ist ein Ventil dazu konfiguriert, den Fluidstrom in einem Durchgang zu steuern. Das Ventil umfasst ein erstes Ende, das einem Fluidstrom in dem Durchgang zugewandt ist; ein zweites Ende gegenüber dem ersten Ende; eine Ventillängsachse, die durch sowohl das erste Ende als auch das zweite Ende verläuft; eine Ventilaußenfläche, die dazu konfiguriert ist, an die Form und Abmessungen des Durchgangs angepasst zu sein; und eine Ventilinnenfläche, die bei Betrachtung im Längsquerschnitt ein krummliniges Profil aufweist.
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Das Ventil kann eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: Die Ventilinnenfläche definiert einen konvergierenden Abschnitt, der an das erste Ende angrenzt, und einen divergierenden Abschnitt, der zwischen dem konvergierenden Abschnitt und dem zweiten Ende angeordnet ist. Die Ventilinnenfläche definiert einen ersten konkaven Abschnitt, der an das erste Ende angrenzt, einen zweiten konkaven Abschnitt, der an das zweite Ende angrenzt, und einen konvexen Abschnitt, der zwischen dem ersten konkaven Abschnitt und dem zweiten konkaven Abschnitt angeordnet ist. Die Ventilinnenfläche definiert eine sich gleichmäßig krümmende Fläche. Die Ventilinnenfläche ist so konfiguriert, dass der Schnittpunkt des Ventils mit einer ersten Ebene, die quer zur Ventillängsachse verläuft, eine erste Linie bei der Ventilinnenfläche definiert, wobei die erste Linie für eine beliebige Positionierung der ersten Ebene zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende parallel zu einer Achse ist, die quer zur Ventillängsachse verläuft, und eine zweite Linie, die durch den Schnittpunkt einer zweiten Querebene mit dem Ventil definiert wird, unabhängig von der axialen Positionierung der zweiten Querebene parallel zu der ersten Linie ist.
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Bei einigen Aspekten umfasst ein Motorauslasssystem ein Ventil, das zum Treiben von Hochdruckschleifen-AGR verwendet wird, wobei das Ventil einstellbar ist. Beispielsweise wird durch Variieren der axialen Position des Ventils in einem Auslasskanal die Fläche der Ventilöffnung variiert, wodurch der Druck stromaufwärts des Ventils gesteuert und eingestellt werden kann. Das Ventil weist eine Form auf, die gleichmäßig gekrümmt ist, um einen vorragenden mittleren Abschnitt bereitzustellen, der zu der gegenüberliegenden Auslasskanalwand hin konvergiert. Darüber hinaus umfasst das Ventil divergierende Abschnitte, die gleichmäßig in den konvergierenden mittleren Abschnitt und davon ab führen. Die konvergierenden und divergierenden Abschnitte der Ventilfläche stellen allmähliche Änderungen der Kanalform bereit. Dadurch werden die Verluste aufgrund des Druckabfalls sowohl am vorderen Ende als auch am hinteren Ende des Ventils auf ein Minimum reduziert. Ein weiterer Vorteil der Ventilform besteht darin, dass das Ventil rückwärts installiert werden kann und trotzdem ordnungsgemäß funktioniert, in einem Durchgang, in dem Fluid in beiden Richtungen strömen kann, verwendet werden kann und/oder ohne Weiteres an alternative durch einen Hersteller vorgeschriebene Durchgangs- und Raumkonfigurationen angepasst werden kann.
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Das Ventil ist so konfiguriert, dass das Ventil in einigen Positionen komplett aus der Abgasströmung entfernt werden kann, so dass der Abgasdurchgang hindernisfrei ist, und in anderen Positionen der Abgasdurchgang teilweise oder vollständig versperrt wird.
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Bei einigen Ausführungsformen werden Pilotrohre mit dem Ventil verwendet, um den Druck zu erhöhen und Abgase abzusaugen. Das Pilotrohr ist in den Strom gerichtet und die Geschwindigkeit des Stroms erzeugt Druck in dem Pilotrohr, der bei der Hochdruckschleifen-AGR verwendet wird. Die Verwendung des Pilotrohrs in Kombination mit dem Ventil gestattet, dass ein ausreichender Druck zu dem Motoreinlass geleitet wird, während das Ausmaß an Versperrung des Durchgangs durch das Ventil reduziert wird, wodurch mit einer Durchgangsversperrung in Zusammenhang stehende Pumpverluste reduziert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den anhängigen Zeichnungen, in denen übereinstimmende Bezugszeichen gleiche Teile angeben, werden Ausführungsformen beispielhaft und nicht einschränkend dargestellt.
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1 ist eine schematische Ansicht eines Hochdruckschleifen-AGR-Systems.
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2 ist eine Längsquerschnittsansicht eines Ventils des Systems von 1.
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3 ist eine Ansicht des vorderen Endes des Ventils von 2.
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4 ist eine Ansicht des hinteren Endes des Ventils von 2.
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5 ist eine vordere Perspektivansicht des Ventils von 2.
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6 ist eine Darstellung eines Abschnitts des Auslasskanals mit dem darin angeordneten Ventil.
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7 ist eine vergrößerte Ansicht einer in der Auslasskanalwand vorgesehenen Dichtung.
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8 ist eine schematische Ansicht eines alternativen Hochdruckschleifen-AGR-Systems.
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9 ist eine Seitenschnittansicht eines Pilotrohrs des Systems von 8.
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10 ist eine Darstellung eines Abschnitts eines eine modifizierte Form aufweisenden Auslasskanals mit dem darin angeordneten Ventil.
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11 ist eine Darstellung eines Abschnitts des Auslasskanals mit einem darin angeordneten modifizierten Ventil.
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12 ist eine Querschnittsansicht eines Turbinengehäuses mit einer einzigen Spirale, das mit einem zusammengeführten Auslasskanal verbunden ist.
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13 ist eine Querschnittsansicht eines Doppelspiralen-Turbinengehäuses, wobei jede Spirale mit einem zugeordneten Auslasskanal verbunden ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf 1 umfasst ein Hochdruckschleifen-Abgasrückführungssystem 10 für einen turboaufgeladenen Verbrennungsmotor 12 ein Ventil 100, das den Druck von Abgas in dem Auslasskanal stromabwärts des Motors einstellbar steuert, wodurch in dem System 10 ein ausreichender Druck zum Antreiben der Hochdruckschleifen-AGR erzielt werden kann. Der Motor 12 ist so angeordnet, dass einer oder mehrere der Motorzylinder, beispielsweise Zylinder 14a, 14b und 14c mit einem ersten Auslasskanal 16 verbunden sind, während die verbleibenden Motorzylinder, beispielsweise Zylinder 14d, 14e und 14f mit einem zweiten Auslasskanal 18 verbunden sind, wobei der zweite Auslasskanal 18 von dem ersten Auslasskanal 16 getrennt ist. Stromabwärts des Motors 12 laufen der erste und der zweite Auslasskanal 16 und 18 in einen einzigen Einlasskanal 20 zusammen, der eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisendes Abgas einer Abgasturbine 32 eines Turboladers 30 zuführt. Nach der Expansion in der Turbine 32 wird das einen reduzierten Druck aufweisende Abgas vor dem Freisetzen in die Atmosphäre durch einen Abgasauslasskanal 24 zu einer oder mehreren Nachbehandlungsvorrichtungen 60, wie z. B. Katalysatoren, Partikelfiltern und NOx-Speichern geleitet.
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Auf der Luftzufuhrseite des Motors 12 wird Ladeluft in dem Verdichterbereich 38 des Turboladers 30 erzeugt und den Motorzylindern 14a–f über eine Luftzufuhrleitung 46, die mit einem Lufteinlasskrümmer 26 des Motors 12 verbunden ist, zugeführt. Eine Ladeluftkühlvorrichtung 50 ist in der Luftzufuhrleitung 46 zum Kühlen der Ladeluft vor dem Zuführen zu den Zylindern 14a–f angeordnet. Abgasrückführung wird durch einen AGR-Kanal 52 erreicht, der den zweiten Auslasskanal 18 mit der Luftzufuhrleitung 46 verbindet. Ein AGR-Kühler 54 ist in dem AGR-Kanal 52 zum Kühlen des rückgeführten Teils des Abgases vor dem Zuführen zur Luftzufuhrleitung 46 vorgesehen. In dem System 10 ist das Ventil 100 in dem zweiten Auslasskanal 18 angeordnet, um eine Erzeugung von ausreichenden Drücken in dem zweiten Auslasskanal 18 und dem AGR-Kanal 52 zur Erzielung einer Hochdruck-AGR zu ermöglichen.
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Das Ventil 100 ist in dem zweiten Auslasskanal 18 angeordnet und wird zur Erhöhung des Ablassdrucks von den Zylindern 14d, 14e und 14f, um dem Lufteinlasskrümmer 26 einen hohen Druck aufweisendes Abgas zuzuführen, verwendet. Diesbezüglich ist das Ventil 100 dazu konfiguriert, die Druckhöhe in dem zweiten Auslasskanal 18 stromaufwärts des Ventils 100, des AGR-Kanals 52 und in den entsprechenden Motorzylindern 14d, 14e, 14f zu steuern. Da lediglich eine Teilmenge der Motorzylinder 14d, 14e und 14f mit dem zweiten Auslasskanal 18 verbunden sind, treten lediglich in einem Abschnitt des Motors 12 mit der AGR in Zusammenhang stehende Pumpverluste auf.
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Mit Bezug auf 2–5 liegt das Ventil 100 allgemein in der Form eines Halbzylinders, z. B. eines Zylinders, der der Länge nach allgemein halbiert wurde, vor. Das Ventil 100 umfasst ein erstes oder vorderes Ende 102, dass einem Abgasstrom in dem zweiten Auslasskanal 18 zugewandt ist, und ein zweites oder hinteres Ende 104, das dem ersten Ende 102 gegenüberliegt. Das Ventil 100 umfasst eine Ventillängsachse 106, die durch sowohl das erste Ende 102 als auch das zweite Ende 104 verläuft, und das erste und das zweite Ende 102, 104 definieren jeweils eine quer zur Ventillängsachse 106 verlaufende Ebene.
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Das Ventil 100 umfasst eine Ventilaußenfläche 108, die dazu konfiguriert ist, an die Form und Abmessungen des zweiten Auslasskanals 18 angepasst zu sein. Bei dieser Ausführungsform weist die Ventilaußenfläche 108 die Form eines Zylinders auf. Die zylindrische Form der Ventilaußenfläche 108 wird so gewählt, dass sie der zylindrischen Form des zweiten Auslasskanals 18 entspricht, jedoch sind die Ventilaußenfläche 108 und der zweite Auslasskanal 18 nicht auf diese Form beschränkt. Darüber hinaus umfasst das Ventil 100 eine Ventilinnenfläche 110, die bei Betrachtung im Längsquerschnitt (2) ein krummliniges Profil aufweist, wie im Folgenden genauer erörtert wird. Die Ventilaußenfläche 108 und die Ventilinnenfläche 110 weisen jeweils sich längs erstreckende Seitenränder auf, die zur Bildung von sich längs erstreckenden Ventilseitenrändern 122, 124 gleichsam enden.
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Die Ventilinnenfläche 110 weist eine Form auf, die dazu konfiguriert ist, scharfe Druckänderungen in dem zweiten Auslasskanal 18 zu vermeiden und somit auch Verluste zu reduzieren, wenn der Abgasstrom über das Ventil 100 hinwegströmt. Insbesondere umfasst die Ventilinnenfläche 110 bei Betrachtung im Längsquerschnitt einen flachen, ersten konkaven Abschnitt 116, der an das erste Ventilende 102 angrenzt, und einen flachen, zweiten konkaven Abschnitt 118, der an das zweite Ventilende 104 angrenzt. Darüber hinaus umfasst die Ventilinnenfläche 110 bei Betrachtung im Längsquerschnitt einen konvexen Abschnitt 120, der zwischen dem ersten und dem zweiten konkaven Abschnitt 116, 118 angeordnet ist. Die Übergänge zwischen den konkaven Abschnitten 116, 118 und dem konvexen Abschnitt 120 sind gleichmäßig, wodurch die Ventilinnenfläche 110 eine gleichmäßig gekrümmte Fläche definiert.
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Der konvexe Abschnitt 120 weist eine axiale Länge, die größer als die axiale Länge des ersten und des zweiten konkaven Abschnitts 116, 118 ist, und eine maximale radiale Abmessung, die größer als die maximale radiale Abmessung des ersten und des zweiten konkaven Abschnitts 116, 118 ist, auf. Anders ausgedrückt tritt der konvexe Abschnitt 120 im Vergleich zu dem ersten und dem zweiten konkaven Abschnitt 116, 118 deutlich hervor.
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Darüber hinaus ist die Ventilinnenfläche 110 so konfiguriert, dass der Schnittpunkt des Ventils 100 mit einer Ebene P1, die quer zur Ventillängsachse 106 verläuft, eine Linie L1 bei der Ventilinnenfläche 110 definiert. Die Linie L1 ist für eine beliebige Positionierung der Ebene P1 zwischen dem ersten Ende 102 und dem zweiten Ende 104 parallel zu einer Achse A, die quer zur Ventillängsachse 106 verläuft. Darüber hinaus ist eine Linie L2, die durch den Schnittpunkt einer zweiten Querebene P2 mit dem Ventil 100 definiert wird, unabhängig von der axialen Positionierung der Ebene P2 parallel zu der Linie L1, die einer Querebene P1 entspricht.
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Der konkave und der konvexe Abschnitt 116, 118, 120 der Ventilinnenfläche 110 Stellen ein Ventil 100 bereit, das einen konvergierenden Abschnitt 112 und einen divergierenden Abschnitt 114 umfasst. Der konvergierende Abschnitt 112 beginnt bei dem ersten (z. B. vorderen) Ende 102 und entspricht dem ersten konkaven Abschnitt 116 und einer vorderen Seite des konvexen Abschnitts 120. Der Begriff „konvergierend“ bezieht sich auf die Anordnung, in der die Ventilinnenfläche 110 in diesem Bereich des vorderen Endes gleichmäßig und allmählich zu der zugewandten Fläche 18a des zweiten Auslasskanals 18 hin konvergiert. Der divergierende Abschnitt 114 entspricht der hinteren Seite des konvexen Abschnitts 120 und dem zweiten konkaven Abschnitt 118 und endet an dem zweiten (z. B. hinteren) Ende 104. Gleichermaßen bezieht sich der Begriff „divergierend“ auf eine Anordnung, in der die Ventilinnenfläche 110 in diesem Bereich des hinteren Endes gleichmäßig und allmählich von der zugewandten Fläche 18a des zweiten Auslasskanals divergiert.
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Das Ventil 100 ist in einem zweiten Auslasskanal 18 angeordnet, so dass die Ventilaußenfläche 108 mit einem minimalen Zwischenraum neben einer Wand 27 des Auslasskanals positioniert ist und die Ventilinnenfläche einer zugewandten Fläche 18a des zweiten Auslasskanals 18 zugewandt und von dieser beabstandet ist. Darüber hinaus ist das Ventil 100 so ausgerichtet, dass das erste Ende 102 einem Abgasstrom in dem zweiten Auslasskanal 18 zugewandt ist und die Längsachse allgemein parallel zur Abgasströmungsrichtung ist.
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Mit Bezug auf 1 und 6 wird die Höhe des in dem AGR-Kanal und den mit dem zweiten Auslasskanal 18 verbundenen Zylindern 14d, 14e, 14f durch Variieren der axialen Position des Ventils 100 bezüglich einer Innenfläche des zweiten Auslasskanals 18 bestimmt. Das bedeutet, dass der Druck durch Variieren des Ausmaßes an Versperrung des zweiten Auslasskanals 18, die durch das Ventil 100 bereitgestellt wird, variiert wird. Die axiale Position des Ventils 100 in dem zweiten Auslasskanal 18 ist einstellbar und wird durch den Aktuator 140 gesteuert. Das Ventil 100 ist über eine Stange 142 mit einem Aktuator 140 verbunden. Die Stange 142 erstreckt sich parallel zu der Ventillängsachse 106 und ist an dem zweiten Ventilende 104 fixiert. Der Aktuator 140 ist zur translatorischen Bewegung des Ventils 100 in einer parallel zur Gasströmungsrichtung verlaufenden Richtung zwischen einer ersten Position, in der das Ventil 100 vollständig aus dem zweiten Auslasskanal 18 zurückgezogen ist und ein Abgasstrom an dem Ventil 100 vorbei nicht versperrt ist, und einer zweiten Position, in der sich das Ventil 100 in dem Strömungspfad befindet und den Strömungspfad teilweise versperrt, konfiguriert.
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Der Aktuator 140 ist außerhalb des zweiten Auslasskanals angeordnet und somit erstreckt sich die Stange 142 durch eine Öffnung 25 in der Wand 27 des zweiten Auslasskanals 18. Um sowohl eine translatorische Bewegung des Ventils 100 in einer parallel zur Abgasströmungsrichtung im zweiten Auslasskanal 18 verlaufenden Richtung zu gestatten als auch das Vorliegen des außerhalb positionierten Aktuators 140 zu berücksichtigen, umfasst der zweite Auslasskanal 18 einen gekrümmten Abschnitt 21, der zur Aufnahme des Ventils 100 konfiguriert ist.
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Darüber hinaus ist der zweite Auslasskanal 18, um ein vollständiges Zurückziehen des Ventils 100 aus dem Gasstrom in dem zweiten Auslasskanal 18 zu gestatten, so ausgebildet, dass er eine Vertiefung 19 aufweist, die zur Aufnahme des Ventils 100 darin geformt und dimensioniert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Vertiefung 19 in dem gekrümmten Abschnitt 21 positioniert. Die Vertiefung 19 umfasst einen allgemein planaren Wandabschnitt 23, der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventils 100 ausgerichtet ist. Die Öffnung 25, durch die sich die Stange 142 erstreckt, ist in dem planaren Wandabschnitt 23 ausgebildet.
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Im Gebrauch ist das Ventil 100 in dem gekrümmten Abschnitt 21 des zweiten Auslasskanals 18 angeordnet, wobei sich die Längsachse 106 allgemein parallel zur Abgasströmungsrichtung in dem Kanal erstreckt und wobei das erste Ende 102 dem Gasstrom zugewandt ist. Wenn sich das Ventil 100 in der ersten Position befindet, ist das Ventil 100 in einem Ausmaß, dass Gasstrom in dem zweiten Auslasskanal 18 nicht durch das Ventil 100 versperrt wird, in die Vertiefung 19 zurückgezogen. Beispielsweise ist die Ventilinnenfläche 110 allgemein auf die Auslasskanalseitenwand ausgerichtet, stellt einen Abschnitt dieser bereit, und der konvergierende Abschnitt 112 dient der Leitung von Fluid durch den gekrümmten Abschnitt 21 des zweiten Auslasskanals 18. Wenn sich das Ventil 100 in der zweiten Position befindet, hat sich das Ventil 100 aus der Vertiefung heraus und in den Strömungspfad hinein bewegt, so dass es den Strömungspfad teilweise versperrt. Wenn es zur Erzeugung von Druck zur Verwendung bei der AGR verwendet wird, ist nicht erforderlich, dass das Ventil 100 den zweiten Auslasskanal 18 komplett versperrt (z. B. jeglichen Gasstrom durch den zweiten Auslasskanal 18 verhindert). Somit ist die Ventilinnenfläche 110 bei dieser Ausführungsform von der zugewandten Fläche 18a des zweiten Auslasskanals 18 unabhängig von der Ventilposition beabstandet.
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Mit Bezug auf 1 und 7 ist eine Dichtung 150, um ein Austreten von Abgas durch die Öffnung 25 in dem Wandabschnitt 23 zu verhindern, in dem Wandabschnitt 23 angeordnet. Beispielsweise kann die Dichtung 150 eine Labyrinthdichtung sein, bei der ein erster Kolbenring 152 und ein zweiter Kolbenring 154 in der Öffnung 25 zwischen der Stange 142 und dem Wandabschnitt 23 angeordnet sind. Darüber hinaus ist ein Druckablass 156 in dem Wandabschnitt 23 vorgesehen. Der Druckablass 156 umfasst eine Ablassleitung 158, die durch den Wandabschnitt 23 hindurch führt und an einer Stelle zwischen dem ersten und dem zweiten Kolbenring 152, 154 mündet. Die Ablassleitung 158 ist dazu konfiguriert, mit Druck beaufschlagtes Fluid von dem Raum zwischen den Kolbenringen 152, 154 zu dem Abgasauslasskanal 24 an einer Stelle zwischen dem Turbolader 30 und der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 60 zu leiten.
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Mit Bezug auf 8 und 9 umfasst ein alternatives Hochdruckschleifen-AGR-System 210 das Ventil 100, das wie oben beschrieben in dem zweiten Auslasskanal 18 angeordnet ist, und umfasst ferner ein Pilotrohr 280, das in dem zweiten Auslasskanal 18 in der Nähe des Ventils 100 angeordnet ist. Bei dem System 210 wird das Pilotrohr 280 nicht als ein Strömungsgeschwindigkeitsensor verwendet, sondern wird stattdessen zum Absaugen von Abgas aus der Abgasströmung an einer Stelle stromaufwärts des Ventils 100 (z. B. an einer Stelle zwischen dem Motor 12 und dem Ventil 100) verwendet. Das Pilotrohr 280 ist über eine Leitung 290 mit dem Lufteinlasskrümmer 26 des Motors 12 verbunden, wodurch der Druck der in den Motor 12 eingeleiteten Luft erhöht wird.
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Das Pilotrohr 280 ist ein längliches Rohr, das ein abgerundetes vorderes Rohrende 282 und einen Innendurchgang 284, der bei dem vorderen Rohrende 282 mündet, umfasst. Das Pilotrohr 280 ist in dem zweiten Auslasskanal 18 auf die Abgasströmungsrichtung ausgerichtet, wobei das vordere Rohrende 282 der Strömung zugewandt ist. Die Geschwindigkeit der Strömung wird zum Teil aufgrund der runden Form des vorderen Rohrendes 282 reduziert, während sie an dem Pilotrohr 280 vorbeiströmt. Darüber hinaus mündet der Innendurchgang 284 bei dem vorderen Rohrende 282 an einer Stelle, an der die Strömung eine Geschwindigkeit von null aufweist. Dadurch wird in dem Innendurchgang 284 des Pilotrohrs, der wiederum über die Leitung 290 mit dem Motorlufteinlasskrümmer 26 verbunden ist, ein hoher Druck erzeugt. Dadurch wird Druck in dem Innendurchgang 284 des Pilotrohrs, wenn Abgas in dem zweiten Auslasskanal 18 an dem Pilotrohr 280 vorbeiströmt, erhöht, wodurch der Druck von in den Lufteinlasskrümmer 26 eingeleiteter Luft erhöht wird.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Pilotrohr 280 in dem zweiten Auslasskanal 18 an einer Position, die der Position des Ventils 100 entspricht, (z. B. in im Wesentlichen demselben Abstand von dem Motor in dem zweiten Auslasskanal 18) angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen ist das Pilotrohr 280 in dem zweiten Auslasskanal 18 an einer Stelle zwischen dem Motor 12 und dem Ventil 100 angeordnet. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist das Pilotrohr 280 in dem zweiten Auslasskanal 18 an einer Stelle zwischen dem Ventil 100 und dem Turbolader 30 angeordnet. Bei noch weiteren Ausführungsformen sind mehr als ein Pilotrohr 280 in dem zweiten Auslasskanal 18 angeordnet.
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Das Pilotrohr 280 ist in den Strom gerichtet, und die Geschwindigkeit des Stroms erzeugt Druck in dem Pilotrohr 280, der bei dem Hochdruckschleifen-AGR-System 10 verwendet wird. Durch die Verwendung des Pilotrohrs 280 in Kombination mit dem Ventil 100 wird ein erhöhter Druck bei dem Pilotrohr 280 im Vergleich zur alleinigen Verwendung des Pilotrohrs 280 erzeugt, da, wenn das Ventil 100 dahingehend betrieben wird, den zweiten Auslasskanal 18 teilweise zu versperren, Druck bei dem Pilotrohr 280, das stromaufwärts des Ventils 100 positioniert ist, erhöht wird. Darüber hinaus gestattet die Verwendung des Pilotrohrs 280 in Kombination mit dem Ventil 100, dass ausreichend Druck zu dem Motorlufteinlasskrümmer 26 geleitet wird, während das Ausmaß an Versperrung des zweiten Auslasskanals 18 durch das Ventil 100 reduziert wird, wodurch mit der Kanalversperrung in Zusammenhang stehende Pumpverluste reduziert werden.
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Mit Bezug auf 10 kann die Form der zugewandten Fläche 18a des zweiten Auslasskanals 18 bei einigen Ausführungsformen dahingehend modifiziert sein, dass sie einen gleichmäßig gekrümmten Abschnitt 28a in der Nähe des Ventils 100 umfasst. Insbesondere kann die modifizierte zugewandte Fläche 18a‘ des zweiten Auslasskanals 18‘ dahingehend geformt sein, dass sie eine Form aufweist, die an einem vorderen Rand 28a1 davon gleichmäßig konvergierend und an einem hinteren Rand 28a2 davon gleichmäßig konvergierend ist. Der gleichmäßig gekrümmte Abschnitt 28a ist dahingehend geformt und positioniert, zur Form der Ventilinnenfläche 110 komplementär zu sein. Beispielsweise ist der gleichmäßig gekrümmte Abschnitt 28a bei einigen Ausführungsformen ein Spiegelbild der Ventilinnenfläche 110. Bei diesen oder anderen Ausführungsformen ist der gleichmäßig gekrümmte Abschnitt 28a der Kanalwand 27 in dem zweiten Auslasskanal 18 an einer Position positioniert, die der des Ventils 100 entspricht, wenn sich das Ventil 100 in der zweiten Position befindet. Durch Steuern der komplementären Formen und Positionierungen der Ventilinnenfläche 110 und des gleichmäßig gekrümmten Abschnitts 28a des zweiten Auslasskanals kann ein Strom durch den zweiten Auslasskanal 18‘ und ein Druck an den Motorzylindern 14d–f weiter abgestimmt werden.
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Mit Bezug auf 11 ist das Ventil 100, obgleich das Ventil 100 gemäß der vorliegenden Beschreibung mit dem Aktuator 140 über eine Stange 142 verbunden ist, die sich parallel zu der Ventillängsachse 106 erstreckt, so dass sich das Ventil linear parallel zur Ventillängsachse 106 bewegt und derart in dem zweiten Auslasskanal 18 angeordnet ist, dass es sich allgemein parallel zu der durch den Abgasstrom definierten Richtung bewegt, nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise ist ein alternatives Ventil 200 dazu konfiguriert, sich in einer senkrecht zur Richtung des Gasstroms in dem Auslasskanal verlaufenden Richtung zu bewegen. Das Ventil 200 weist eine im Wesentlichen ähnliche Form und Funktion wie das Ventil 100 auf und somit werden gemeinsame Bezugszeichen zur Bezeichnung gemeinsamer Elemente verwendet. Das Ventil 200 ist mit dem Aktuator 140 über eine Stange 142 verbunden, die sich senkrecht zur Ventillängsachse 106 erstreckt, so dass sich das Ventil 200 linear in einer senkrecht zur Ventillängsachse 106 verlaufenden Richtung bewegt. Darüber hinaus ist das Ventil 200 in dem zweiten Auslasskanal 18“ derart angeordnet, dass es sich allgemein senkrecht zu der durch den Abgasstrom definierten Richtung bewegt. Wie bei der vorstehenden Ausführungsform ist das Ventil 200 zwischen einer ersten Position, in der das Ventil 200 vollständig aus dem zweiten Auslasskanal 18“ zurückgezogen ist und ein Abgasstrom an dem Ventil 200 vorbei nicht versperrt wird, und einer zweiten Position, bei der sich das Ventil 200 in dem Strömungspfad befindet und den Strömungspfad teilweise versperrt, bewegbar. Da die Bewegung des Ventils 200 senkrecht zur Richtung des Fluidstroms durch den zweiten Auslasskanal 18“ ist, kann der Aktuator 140 entlang einem Seitenausschnittabschnitt 19“ des zweiten Auslasskanals 18“ positioniert sein und der zweite Auslasskanal 18“ kann eine lineare Konfiguration in der Nähe des Ventils 200 aufweisen.
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Mit Bezug auf 12 und 13 laufen der erste und der zweite Auslasskanal 16 und 18 bei dem dargestellten Hochdruckschleifen-Abgasrückführungssystem 10 in einen einzigen Einlasskanal 20 zusammen, der eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisendes Abgas einer Abgasturbine 32 eines Turboladers 30 (12) zuführt. Bei dieser Konfiguration ist der einzige Einlasskanal 20 mit der Spirale 36 eines eine einzige Spirale aufweisenden Turbinengehäuses 37 verbunden, wo es zum Turbinenrad 34 hin geleitet wird. Das Auslasssystem ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise umfasst das Turbinengehäuse 37‘ bei einigen Ausführungsformen zwei Spiralen 36a, 36b, der erste Auslasskanal 16 führt eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisendes Abgas einer der Spiralen (z. B. Spirale 36a) zu und der zweite Auslasskanal 18 führt eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisendes Abgas zu der anderen der Spiralen (z. B. Spirale 36b) zu (13). Obgleich die Spiralen 36a, 36b des Turbinengehäuses 37‘ in der Darstellung symmetrisch sind, sind sie nicht auf diese Konfiguration beschränkt und können stattdessen asymmetrisch sein. Darüber hinaus kann das Ventil 100, 200 bei Verwendung in einer Doppelstromspirale in dem Turbinengehäuse integriert sein.
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Obgleich das hier dargestellte Hochdruckschleifen-Abgasrückführungssystem 10 so konfiguriert ist, dass drei der Motorzylinder, beispielsweise die Zylinder 14a, 14b und 14c, mit dem ersten Auslasskanal 16 verbunden sind und die verbleibenden Motorzylinder, beispielsweise die Zylinder 14d, 14e und 14f mit einem zweiten Auslasskanal 18 verbunden sind, ist das System 10 nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Beispielsweise kann eine größere oder geringere Anzahl der Zylinder mit dem ersten Auslasskanal 16 verbunden sein, wobei die verbleibenden Zylinder mit dem zweiten Auslasskanal 18 verbunden sind.
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Obgleich das Ventil 100, 200 gemäß der vorliegenden Beschreibung zur Verwendung bei einem Hochdruckschleifen-AGR-System konfiguriert ist, ist das Ventil 100, 200 nicht auf diese Anwendung beschränkt. Beispielsweise kann das Ventil 100, 200 bei einigen Ausführungsformen zur Bereitstellung von Motorbremsung durch Gegendruck bei den Motorzylindern 14d–f eingesetzt werden.
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Hier beschriebene Aspekte können in anderen Formen und Kombinationen ausgestaltet werden, ohne von deren Gedanken oder wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Somit versteht sich natürlich, dass die Ausführungsformen nicht auf die hier beschriebenen spezifischen Einzelheiten, die lediglich beispielhaft angeführt werden, beschränkt sind und dass verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche möglich sind.
