EP1783351A2 - Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidstroms - Google Patents

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Publication number
EP1783351A2
EP1783351A2 EP06022390A EP06022390A EP1783351A2 EP 1783351 A2 EP1783351 A2 EP 1783351A2 EP 06022390 A EP06022390 A EP 06022390A EP 06022390 A EP06022390 A EP 06022390A EP 1783351 A2 EP1783351 A2 EP 1783351A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
valve seat
exhaust gas
opening
slide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06022390A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franco Ghiani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1783351A2 publication Critical patent/EP1783351A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/25—Layout, e.g. schematics with coolers having bypasses
    • F02M26/26—Layout, e.g. schematics with coolers having bypasses characterised by details of the bypass valve

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling a fluid flow according to the preamble of claim 1 and a method for producing a device for controlling a fluid flow.
  • valve assemblies for controlling fluid flows for motor vehicles in which a hollow cylindrical, open at the front for supplying a fluid rotary valve is accommodated in a cylindrical valve seat, wherein by turning the valve spool openings which are arranged in the slide, with openings of the valve seat can be brought in overlap.
  • Such cylindrical rotary valves have proven to be sensitive to contamination.
  • prepares the Tightness problems since there is a certain clearance between the cylindrical walls. This is especially true when used for exhaust gas recirculation, since in this mode of operation very high temperature differences occur by which a maximum clearance between the valve spool and valve seat is particularly large.
  • the wall of at least the valve spool is conically shaped.
  • the inclined wall can also have curvatures, for example a paraboloidal or part-circular cross section.
  • a third channel for guiding the fluid is connected to a third, arranged on the valve seat opening, wherein by rotating the shaft, the first opening of the valve spool is selectively engageable with the second opening or the third opening of the valve seat in adjustable coverage.
  • At least one of the two, valve slide or valve seat, in particular both, is produced by deep drawing from a metal sheet.
  • a particularly cost-effective mass production of the critical parts of the device is made possible.
  • additional processing steps such as the punching of openings, will be provided.
  • a the inclined wall encircling annular survey is provided by a contact surface of the walls is defined.
  • the Contrating Structure the walls is significantly reduced.
  • Such ring-like elevations may be formed, for example, as beads of a formed to the valve spool or valve seat sheet. Such beads can be provided directly in a deep drawing or in a subsequent processing step or in any other known manner.
  • a further, not parallel to the ring-like survey elevation on the wall is also provided on at least one of the two valve slide or valve seat.
  • This further survey can advantageously be ensured a better sealing of adjacent openings of the valve seat or valve slide against each other.
  • This further survey can form a contact surface or cause a seal without contact to form a small residual gap as possible.
  • the beads can form a sealing frame around the hole.
  • valve slide is subjected to a force in the axial direction of the rotary shaft against the valve seat by means of a spring.
  • valve slide can also be subjected to a force against the valve seat by a pressure of the fluid.
  • a pressure of the fluid can also be subjected to a force against the valve seat by a pressure of the fluid.
  • the rotatable shaft is drivable by means of an actuator to ensure an automated adjustment of the device.
  • At least one of the two, valve slide or valve seat a surface treatment, in particular a coating or curing.
  • a surface treatment By such a surface treatment, a sliding and static friction of valve spool and valve seat can be reduced.
  • the processing may be designed so that impurities, eg. As soot particles adhere less well to the surfaces. Overall, this favors the longevity and reliability of the device according to the invention.
  • the inclined wall of the valve slide has a total opening angle between about 40 ° and about 80 °, in particular preferably between 50 ° and 70 °.
  • the appropriate choice of the cone opening angle optimization is achieved in terms of resistance to contamination or self-cleaning properties during movement of the valve spool and limited friction of the walls together.
  • the fluid contains exhaust gas of an internal combustion engine, in particular one Motor vehicle, wherein at least one of the channels is connected to an exhaust gas cooler.
  • a device according to the invention is particularly well suited as a control valve for guiding hot gases, in particular exhaust gases of an internal combustion engine.
  • the device can generally be used to control any fluid, liquid or gaseous, and at different temperature ranges.
  • another of the channels is particularly preferably connected to a bypass channel for the exhaust gas.
  • the Sypasskanal is arranged parallel to the exhaust gas cooler and forms in particular with this a structural unit.
  • Such exhaust gas cooler modules with integrated bypass channel are known per se from the prior art, such as through the DE 102 03 003 A1 , According to the prior art, such exhaust gas coolers regularly require a first actuating unit for distributing an exhaust gas flow to bypass duct or heat exchanger ducts and a second adjusting device for regulating the total size of the exhaust gas flow.
  • the device according to the invention is particularly suitable to form a structural integration with a modular exhaust gas cooler with bypass channel.
  • the valve seat is preferably arranged in an inlet region of the exhaust gas cooler, as a result of which the overall device becomes particularly compact.
  • a housing for receiving or forming the valve seat is formed integrally with the exhaust gas cooler. This one-piece design can be done in particular by welding the housing to the exhaust gas cooler.
  • the aforementioned DE 102 03 003 describes a housing adjacent to the exhaust gas cooler for a valve.
  • the device according to the invention can here z. B. in a modification in which the valve receives a device according to the invention with only slightly changed housing shape and size, which would also allow a regulation of the exhaust stream in its size and a defined distribution of the exhaust stream.
  • a device in the preferred embodiment of a device according to the invention is a control valve for controlling a recirculated exhaust gas flow of a diesel engine of a passenger car.
  • the valve has a valve seat 1 and a rotatable valve spool 2, which is fixed to a rotatable shaft 3 via fastening means 4, but detachably connected for maintenance purposes.
  • the shaft 3 passes through the valve seat 1 in a central bore 1a of the valve seat 1, in which the shaft 3 is guided in a substantially sealing. It is also possible to provide additional sealing means (not shown) in this opening region 1a of the valve seat 1.
  • the valve seat 1 is fixedly received on a housing 5.
  • the rotatable shaft 3 passes through an opening 5a of the housing 5 and is rotatably mounted in this opening 5a.
  • the actuator 6 is supported on the housing 5 via a holder 6a.
  • the shaft 3 with the actuator 6 is the shaft 3 in the axial direction by a spring 7 permanently subjected to force; However, the spring could also support the shaft 3 directly against the housing 5.
  • the valve slide 2 is pressed against the valve seat 1 via the application of force to the shaft 3, so that a remaining gap between valve seat 1 and valve slide is avoided or reduced.
  • Both the valve spool 2 and the valve seat 1 have a substantially cup-like shape with conical or cone-shaped side walls 2b, 1b.
  • the full opening angle of the conical section is the same for valve spool and valve seat and in the present case is about 60 °.
  • Valve spool 2 and valve seat 1 each have a flat bottom portion 1 c, 2 c and a collar-like edge portion 1 d, 2 d.
  • the collar-shaped edge regions 1d, 2d are formed substantially in the form of circular rings, which lie in a plane perpendicular to the rotary shaft 3 level.
  • the valve spool 2 has near the edge portion 2d a first bead 2e and a second bead 2f located near the bottom portion. These beads 2e, 2f are grooves, which were introduced in the course of a production of the valve spool from a sheet metal blank by deep drawing in the conical wall 2b. A corresponding protuberance of the conical outer wall forms a circular elevation surrounding the conical wall 2b. As can be seen from the cross-sectional illustration according to FIG. 1, the conical walls 2b, 1b of valve spool 2 and valve seat 1 touch only in the area of these annular contact surfaces 2e, 2f.
  • the collar-like end walls 1 d, 2 d touch only slightly or it remains a small gap between them, through which a still sufficient seal against the exhaust gas is given.
  • the main part of the force support of the spring force wear the ring-like contact surfaces 2e, 2f.
  • a circular first opening 8 is provided as an opening.
  • a second opening 9 In the region of the inclined wall 1 b of the valve seat 1 is a second opening 9 and an opposite one third opening 10 is provided.
  • a first channel supplies the exhaust valve on the slide side of the device.
  • a channel housing not shown, in particular a simple tube, connected to the valve seat 1 or the housing 5 and leads in the direction of the shaft 3 of the valve seat 1 away.
  • the device is closed, so that no or no appreciable amount of exhaust gas can pass through one of the openings 9, 10 of the valve seat.
  • valve spool and valve seat are made of stainless steel and have been brought into their shape by means of deep drawing.
  • the openings 8, 9, 10 may have been introduced both before and after the deep-drawing process in the workpieces.
  • the housing 5, which accommodates the valve seat 1 and forms a bearing for the shaft 3, at the same time represents the inlet region of an exhaust gas cooler with integrated bypass channel.
  • the exhaust gas cooler 12 with its bypass channel 13 is, in principle, one in the document DE 102 03 003 A1 described heat exchanger.
  • the exhaust gas cooler 12 has connections 12a, 12b for the passage of a suitable coolant, for example from the main cooling circuit of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas cooler 12 forms a second channel and the bypass channel 13 forms a third channel of the device according to the invention.
  • After cooling in the cooler 12 or the optional passage through the bypass 13 of the exhaust stream is summarized in a return duct 14 and the inlet side of the engine supplied.
  • the first opening 9 of the valve seat 1 is in the immediate inlet region of the exhaust gas cooler 12.
  • the bypass channel 13 associated with the opening 10 of the valve seat 1 is directed into a housing buckle 5 b, which is in communication with the bypass channel 13.
  • valve spool 2 By actuating the actuator 6 and the forced controlled rotation of the shaft 3, the valve spool 2 is changed in its angular position relative to the valve seat 1.
  • the inlet opening 8 of the valve spool 2 either in no overlap (Fig. 2) with one of the openings 9, 10 of the valve seat brought or in a partial overlap or in a complete overlap with one of the openings 9, 10.
  • the guide of the shaft of the device described in Figures 1 and 2 is sealed in a further embodiment not shown, in particular in the region of the opening 5a, with at least one further O-ring.
  • the O-ring has at least one cooling channel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidstroms, umfassend einen ersten Kanal zur Führung des Fluids, einen zweiten Kanal (12, 5b) zur Führung des Fluids und ein Ventilelement mit einem Ventilsitz (1) und einem Ventilschieber (2), wobei der Ventilschieber (2) mit einer antreibbar drehbaren Welle (3) verbunden ist, wobei durch Drehung der Welle (3) eine erste Öffnung (8) des Ventilschiebers (2) mit einer zweiten Öffnung (9, 10) des Ventilsitzes (1) zwecks Freigabe eines einstellbaren Durchtritts von dem ersten Kanal zu dem zweiten Kanal (12, 5b) in Überdeckung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (2) als bezüglich der drehbaren Welle (3) im wesentlichen rotationssymmetrischer Körper mit gegenüber der Welle (3) geneigter Wandung ausgebildet ist, wobei der Ventilsitz (1) eine der geneigten Wandung gegenüberliegende, ebenfalls geneigte Sitzfiläche (1b) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidstroms nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidstroms.
  • Allgemein verlangt der moderne Bau von Kraftfahrzeugen nach weiterentwickelten Lösungen zur Steuerung von Fluidströmen, Dabei kann es sich um flüssige oder gasförmige Fluide handeln. Ziele sind dabei die geringe Baugröße, hohe Standfestigkeit, hohe Resistenz gegen Verschmutzung und die kostengünstige Herstellbarkeit. Insbesondere bei speziellen Einsatzgebieten wie der Regelung von Abgasströmen von Verbrennungsmotoren ergeben sich spezielle Anforderungen wie Hitzebeständigkeit, Resistenz gegen heiße Säuren und chemische Radikale sowie Unempfindlichkeit gegen Verrußung.
  • Aus der Praxis sind Ventilanordnungen zur Steuerung von Fluidströmen für Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen ein hohlzylindrischer, stirnseitig zur Zuführung eines Fluids offener Drehschieber in einem zylindrischen Ventilsitz aufgenommen ist, wobei durch Drehen des Ventilschiebers Öffnungen, die in dem Schieber angeordnet sind, mit Öffnungen des Ventilsitzes in Überdeckung bringbar sind. Derartige zylindrische Drehschieberventile haben sich als empfindlich gegen Verschmutzungen erwiesen. Zudem bereitet die Dichtheit Probleme, da ein gewisses Spiel zwischen den zylindrischen Wänden besteht. Dies gilt besonders bei Einsatz für eine Abgasrückführung, da bei dieser Betriebsart sehr hohe Temperaturunterschiede auftreten, durch die ein maximales Spiel zwischen Ventilschieber und Ventilsitz besonders groß wird.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine eingangs genannte Vorrichtung anzugeben, die bei einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit eine hohe Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung aufweist.
  • Diese Erfindung wird für eine eingangs genannte Vorrichtung erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch die geneigte Form der Wandung des Ventilschiebers und des Ventilsitzes ist es auf einfache Weise ermöglicht, eine Ansammlung von Verunreinigungen im Bereich zwischen Ventilschieber und Ventilsitz zu vermeiden. Zudem ergibt sich mit einfachen Mitteln der Vorteil, dass eine Kraftbeaufschlagung des Ventilschiebers in Richtung des Ventilsitzes zu einer besser kontrollierten Abdichtung der Vorrichtung führt, was bei einem eingangs genannten zylindrischen Ventilschieber nicht der Fall ist.
  • In einer bevorzugten und einfach herstellbaren Ausführung ist die Wandung zumindest des Ventilschiebers konisch geformt. Allgemein kann die geneigte Wandung aber auch Krümmungen aufweisen, etwa einen paraboloiden oder teilkreisförmigen Querschnitt.
  • In bevorzugter Ausführung ist ein dritter Kanal zur Führung des Fluids mit einer dritten, an dem Ventilsitz angeordneten Öffnung verbunden, wobei durch das Drehen der Welle die erste Öffnung des Ventilschiebers wahlweise mit der zweiten Öffnung oder der dritten Öffnung des Ventilsitzes in einstellbare Überdeckung bringbar ist. Auf diese Weise ist mit geringem Aufwand die Möglichkeit geschaffen, eine Verzweigung des Fluidstroms auf mindestens zwei Kanäle zu selektieren, wobei zudem die Größe des Fluidstroms jeweils einstellbar ist. Durch geeignete Anordnung von Öffnungen ist ein Betriebsmodus denkbar, in dem sowohl der zweite als auch der dritte Ventilkanal mit dem ersten Ventilkanal verbindbar sind, Regelmäßig kann es jedoch ausreichend sein, nur einen von zweitem oder drittem Ventilkanal selektierbar mit dem ersten Ventilkanal zu verbinden.
  • Besonders bevorzugt ist zumindest eines der beiden, Ventilschieber oder Ventilsitz, insbesondere beide, mittels Tiefziehen aus einem Metallblech hergestellt. Hierdurch wird eine besonders kostengünstige Serienfertigung der kritischen Teile der Vorrichtung ermöglicht. Regelmäßig werden neben dem Tiefziehen weitere Bearbeitungsschritte wie etwa das Ausstanzen von Öffnungen gegeben sein.
  • Zumindest für Anwendungen, bei denen hohe Temperaturen und chemisch aggressive Stoffe zu den Eigenschaften des Fluids gehören, ist es bevorzugt vorgesehen, dass zumindest eines der beiden, Ventilschieber oder Ventilsitz, insbesondere beide, aus Edelstahl bestehen.
  • Um die Reibung bei einem Verdrehen des Ventilschiebers gering zu halten und gegebenenfalls ein Verfressen von Ventilschieber und Ventilsitz zu vermeiden, ist es bevorzugt vorgesehen, dass an zumindest einem der beiden, Ventilschieber oder Ventilsitz, eine die geneigte Wandung umlaufende ringartige Erhebung vorgesehen ist, durch die eine Berührfläche der Wandungen definiert ist. Auf diese Weise wird die Gesamtherührfläche der Wandungen erheblich verringert. Solche ringartigen Erhebungen können etwa als Sicken eines zu dem Ventilschieber oder Ventilsitz ausgeformten Blechs ausgebildet sein. Derartige Sicken können unmittelbar in einem Tiefziehverfahren oder in einem nachträglichen Bearbeitungsschritt vorgesehen werden oder auch auf jedwede andere bekannte Weise. In besonders bevorzugter Ausführung ist zudem an zumindest einem der beiden, Ventilschieber oder Ventilsitz, eine weitere, zu der ringartigen Erhebung nicht parallele Erhebung an der Wandung vorgesehen. Durch diese weitere Erhebung kann vorteilhaft eine bessere Abdichtung benachbarter Öffnungen des Ventilsitzes oder Ventilschiebers gegeneinander gewährleistet werden. Diese weitere Erhebung kann dabei eine Berührfläche bilden oder auch ohne Berührung unter Ausbildung eines möglichst kleinen Restspaltes eine Abdichtung bewirken. Die Sicken können einen Dichtrahmen um die Bohrung bilden.
  • In besonders bevorzugter Ausführung ist der Ventilschieber mittels einer Feder in axialer Richtung der Drehwelle gegen den Ventilsitz kraftbeaufschlagt. Hierdurch wird eine automatische Positionierung aufgrund der geneigten Form des Ventilsitzes sowie eine definierte Abdichtung durch die kraftbeaufschlagte Anlage des Ventilschiebers an dem Ventilsitz gewährleistet.
  • Alternativ oder ergänzend kann zudem der Ventilschieber durch einen Druck des Fluids gegen den Ventilsitz kraftbeaufschlagt sein. Hierdurch ist eine verbesserte Abdichtung gegeben und es wird verhindert, dass durch den Fluiddruck Ventilschieber und Ventilsitz außer Eingriff geraten.
  • In allgemein bevorzugter Ausführung ist die drehbare Welle mittels eines Aktuators antreibbar, um eine automatisierte Verstellung der Vorrichtung zu gewährleisten.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung weist zumindest eines der beiden, Ventilschieber oder Ventilsitz, eine Oberflächenbearbeitung auf, insbesondere eine Beschichtung oder Härtung. Durch eine solche Oberflächenbearbeitung kann eine Gleit- und Haftreibung von Ventilschieber und Ventilsitz verringert werden. Zudem kann die Bearbeitung so ausgebildet sein, dass Verunreinigungen, z. B. Rußpartikel, weniger gut an den Oberflächen haften. Insgesamt wird hierdurch die Langlebigkeit und die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung begünstigt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die geneigte Wandung des Ventilschiebers einen gesamten Öffnungswinkel zwischen etwa 40° und etwa 80° auf, insbesondere bevorzugt zwischen 50° und 70°. Durch die geeignete Wahl des Konus-Öffnungswinkels wird eine Optimierung im Hinblick auf Resistenz gegen Verunreinigungen bzw. selbstreinigende Eigenschaften bei Bewegung des Ventilschiebers sowie eine begrenzte Reibung der Wandungen aneinander erreicht.
  • In einer bevorzugten Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält das Fluid Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wobei zumindest einer der Kanäle mit einem Abgaskühler verbunden ist. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung in besonders guter Weise als Regelventil für eine Führung von heißen Gasen, insbesondere Abgasen eines Verbrennungsmotors, geeignet ist. Grundsätzlich kann die Vorrichtung jedoch allgemein zur Steuerung eines jeden Fluids, flüssig oder gasförmig, und bei unterschiedlichen Temperaturbereichen eingesetzt werden.
  • Besonders bevorzugt ist dabei zudem ein anderer der Kanäle mit einem Bypasskanal für das Abgas verbunden. Weiterhin bevorzugt ist der Sypasskanal parallel an dem Abgaskühler angeordnet und bildet insbesondere mit diesem eine bauliche Einheit. Derartige Abgaskühlermodule mit integriertem Bypasskanal sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt, etwa durch die DE 102 03 003 A1 . Solche Abgaskühler erfordern nach dem Stand der Technik regelmäßig eine erste Stelleinheit zur Verteilung eines Abgasstroms auf Bypasskanal oder Wärmetauscherkanäle sowie eine zweite Stellvorrichtung zur Regelung der Gesamtgröße des Abgasstroms. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nunmehr eine kleinbauende und einfache Vorrichtung bereitgestellt werden, mittels der zugleich eine Dosierung des Abgasstroms der Größe nach als auch eine Verteilung des Abgasstroms auf Bypasskanal und Wärmetauscher erfolgen kann. Zudem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in besonderem Maße geeignet, eine bauliche Integration mit einem modulartigen Abgaskühler mit Bypasskanal zu bilden. Hierzu ist in bevorzugter Weise der Ventilsitz in einem Eintrittsbereich des Abgaskühlers angeordnet, wodurch die Gesamtvorrichtung besonders kompakt wird. Weiterhin bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass ein Gehäuse zur Aufnahme oder Ausbildung des Ventilsitzes einstückig mit dem Abgaskühler ausgebildet ist. Diese einstückige Ausbildung kann insbesondere durch Verschweißung des Gehäuses mit dem Abgaskühler erfolgen. Die vorgenannte DE 102 03 003 beschreibt ein an den Abgaskühler angrenzendes Gehäuse für eine Stellklappe. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hier z. B. in einer Modifikation bestehen, in der die Stellklappe bei nur wenig geänderter Gehäuseform und -größe eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufnimmt, wodurch zugleich eine Regulation des Abgasstroms in seiner Größe als auch eine definierte Verteilung des Abgasstroms ermöglicht wäre.
  • Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der
  • Ansprüche 1 bis 17 vorgeschlagen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung von der Seite.
    Fig. 2
    zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 1.
  • Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um ein Steuerventil zur Steuerung eines rückgeführten Abgasstroms eines Dieselmotors eines Personenkraftwagens. Das Ventil hat einen Ventilsitz 1 und einen drehbaren Ventilschieber 2, welcher mit einer drehbaren Welle 3 über Befestigungsmittel 4 fest, aber zu Wartungszwecken lösbar verbunden ist.
  • Die Welle 3 durchgreift den Ventilsitz 1 in einer zentralen Bohrung 1a des Ventilsitzes 1, in welcher die Welle 3 im wesentlichen dichtend geführt ist. Es können in diesem Durchbrechungsbereich 1a des Ventilsitzes 1 auch zusätzliche Dichtmittel (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
  • Der Ventilsitz1 ist an einem Gehäuse 5 fest aufgenommen. Die drehbare Welle 3 durchgreift eine Öffnung 5a des Gehäuses 5 und ist in dieser Öffnung 5a drehgelagert. Außenseitig des Gehäuses 5 ist die Welle 3 mit einem Aktuator 6, vorliegend ein Servomotor, verbunden. Der Aktuator 6 ist über eine Halterung 6a an dem Gehäuse 5 abgestützt. Im Bereich der Verbindung der Welle 3 mit dem Aktuator 6 ist die Welle 3 in axialer Richtung durch eine Feder 7 dauerhaft kraftbeaufschlagt; die Feder könnte die Welle 3 jedoch auch unmittelbar gegen das Gehäuse 5 abstützen. Durch diese Feder 7 wird über die Kraftbeaufschlagung der Welle 3 der Ventilschieber 2 gegen den Ventilsitz 1 angedrückt, so dass ein verbleibender Spalt zwischen Ventilsitz 1 und Ventilschieber vermieden oder verringert wird.
  • Sowohl der Ventilschieber 2 als auch der Ventilsitz 1 haben eine im wesentlichen becherartige Form mit konischen bzw. kegelabschnittförmigen Seitenwänden 2b, 1 b. Der volle Öffnungswinkel des Kegelabschnitts ist der gleiche bei Ventilschieber und Ventilsitz und beträgt vorliegend etwa 60°. Ventilschieber 2 und Ventilsitz 1 haben jeweils einen flachen Bodenbereich 1 c, 2c und einen kragenartigen Randbereich 1 d, 2d. Die kragenförmigen Randbereiche 1d, 2d sind im wesentlichen in Form von Kreisringen ausgebildet, welche in einer zu der Drehwelle 3 senkrechten Ebene liegen.
  • Der Ventilschieber 2 hat in der Nähe des Randbereichs 2d eine erste Sicke 2e und eine in der Nähe des Bodenbereichs angeordnete zweite Sicke 2f. Bei diesen Sicken 2e, 2f handelt es sich um Rillen, die im Zuge einer Herstellung des Ventilschiebers aus einer Blechronde mittels Tiefziehen in die konische Wandung 2b eingebracht wurden. Eine korrespondierende Ausstülpung der konischen Außenwandung bildet eine die konische Wandung 2b umlaufende ringartige Erhebung aus. Wie aus der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 1 erkennbar ist, berühren sich die konischen Wände 2b, 1b von Ventilschieber 2 und Ventilsitz 1 lediglich im Bereich dieser ringartigen Berührflächen 2e, 2f. Die kragenartigen Abschlusswandungen 1 d, 2d berühren sich nur leicht oder es verbleibt ein geringer Spalt zwischen ihnen, durch den eine noch ausreichende Abdichtung gegen das Abgas gegeben ist. Den Hauptteil der Kraftabstützung der Federkraft tragen die ringartigen Berührflächen 2e, 2f.
  • Wie insbesondere die Draufsicht gemäß Fig. 2 verdeutlicht, ist in dem Ventilschieber 2 im Bereidh seiner geneigten Wandung 2b eine kreisförmige erste Öffnung 8 als Durchbrechung vorgesehen. In dem Bereich der geneigten Wandung 1 b des Ventilsitzes 1 ist eine zweite Öffnung 9 und eine gegenüberliegende dritte Öffnung 10 vorgesehen. Ein erster Kanal führt das Abgasventil schieberseitig der Vorrichtung zu. Hierzu ist ein nicht dargestelltes Kanalgehäuse, insbesondere ein einfaches Rohr, an den Ventilsitz 1 oder das Gehäuse 5 angeschlossen und führt in Richtung der Welle 3 von dem Ventilsitz 1 weg. In der Stellung des Ventilschiebers nach Fig. 2 ist die Vorrichtung geschlossen, so dass keine oder keine nennenswerte Menge an Abgas durch eine der Öffnungen 9, 10 des Ventilsitzes gelangen kann.
  • Zur besseren Abdichtung der Öffnung 8 von den Öffnungen 9, 10, insbesondere in der geschlossenen Stellung gemäß Fig. 2, sind an dem Ventilschieber 2 weitere durch tiefgezogene Sicken gebildete Erhebungen 11 vorgesehen, die im Bereich der konischen Wandung 2b im wesentlichen senkrecht zu den ringförmigen Erhebungen 2e, 2f verlaufen. Hierdurch wird eine erhabene Einrahmung der Öffnung 8 geschaffen, die der besseren Abdichtung bei zugleich möglichst geringer Gesamtreibung des Ventilschiebers 2 auf dem Ventilsitz 1 dient.
  • Vorliegend bestehen sowohl Ventilschieber als auch Ventilsitz aus Edelstahl und sind mittels Tiefziehverfahren in ihre Form gebracht worden. Die Öffnungen 8, 9, 10 können sowohl vor als auch nach dem Tiefziehverfahren in die Werkstücke eingebracht worden sein.
  • Das Gehäuse 5, das den Ventilsitz 1 aufnimmt und eine Lagerung für die Welle 3 bildet, stellt zugleich den Eintrittsbereich eines Abgaskühlers mit integrierten Bypasskanal dar. Bei dem Abgaskühler 12 mit seinem Bypasskanal 13 handelt es sich im Prinzip um einen in der Druckschrift DE 102 03 003 A1 beschriebenen Wärmetauscher. Der Abgaskühler 12 hat Anschlüsse 12a, 12b zum Durchlass eines geeigneten Kühlmittels, beispielsweise aus dem Hauptkühlkreislauf des Verbrennungsmotors. Der Abgaskühler 12 bildet einen zweiten Kanal und der Bypasskanal 13 bildet einen dritten Kanal der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Nach der Kühlung im Kühler 12 oder der wahlweisen Durchleitung durch den Bypass 13 wird der Abgasstrom in einem Rückführkanal 14 zusammengefasst und dem Verbrennungsmotor einlassseitig zugeführt. Bei der vorliegenden Bauform befindet sich die erste Öffnung 9 des Ventilsitzes 1 im unmittelbaren Eintrittsbereich des Abgaskühlers 12. Die dem Bypasskanal 13 zugeordnete Öffnung 10 des Ventilsitzes 1 ist in eine Gehäuseausbeulung 5b gerichtet, die mit dem Bypasskanal 13 in Verbindung steht.
    • Die Erfindung funktioniert nun wie folgt:
  • Durch Betätigung des Aktuators 6 und die erzwungene kontrollierte Verdrehung der Welle 3 wird der Ventilschieber 2 in seiner Winkelposition relativ zu dem Ventilsitz 1 verändert. Dabei wird die Eintrittsöffnung 8 des Ventilschiebers 2 entweder in keine Überdeckung (Fig. 2) mit einer der Öffnungen 9, 10 des Ventilsitzes gebracht oder in eine teilweise Überdeckung oder in eine vollständige Überdeckung mit einer der Öffnungen 9, 10. Durch das Maß einer teilweisen Überdeckung kann die Menge des durchtretenden Abgases eingestellt werden.
  • Die Führung der Welle der in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Vorrichtung wird in einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel, insbesondere im Bereich der Öffnung 5a, mit zumindest einem weiteren O-Ring abgedichtet. Der O-Ring weist zumindest einen Kühlkanal auf.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidstroms, umfassend
    einen ersten Kanal zur Führung des Fluids,
    einen zweiten Kanal (12, 5b) zur Führung des Fluids und
    ein Ventilelement mit einem Ventilsitz (1) und einem Ventilschieber (2),
    wobei der Ventilschieber (2) mit einer antreibbar drehbaren Welle (3) verbunden ist,
    wobei durch Drehung der Welle (3) eine erste Öffnung (8) des Ventilschiebers (2) mit einer zweiten Öffnung (9, 10) des Ventilsitzes (1) zwecks Freigabe eines einstellbaren Durchtritts von dem ersten Kanal zu dem zweiten Kanal (12, 5b) in Überdeckung bringbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ventilschieber (2) als bezüglich der drehbaren Welle (3) im wesentlichen rotationssymmetrischer Körper mit gegenüber der Welle (3) geneigter Wandung ausgebildet ist, wobei der Ventilsitz (1) eine der geneigten Wandung gegenüberliegende, ebenfalls geneigte Sitzfläche (1b) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (2b) des Ventilschiebers (2) zumindest abschnittsweise konisch ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Kanal (12, 5b) zur Führung des Fluids mit einer dritten, an dem Ventilsitz (1) angeordneten Öffnung (10) verbunden ist, wobei durch das Drehen der Welle (3) die erste Öffnung des Ventilschiebers (8) wahlweise mit der zweiten Öffnung (9) oder der dritten Öffnung (9) des Ventilsitzes (1) in einstellbare Überdeckung bringbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden, Ventilschieber (2) oder Ventilsitz (1), insbesondere beide, mittels Tiefziehen aus einem Metallblech hergestellt ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der beiden, Ventilschieber (2) oder Ventilsitz (1), insbesondere beide, aus Edelstahl besteht.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der beiden, Ventilschieber (2) oder Ventilsitz (1), eine die geneigte Wandung (2b) umlaufende ringartige Erhebung (2e, 2f) vorgesehen ist, durch die eine Berührfläche der Wandungen (1 b, 2b) definiert ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem der beiden, Ventilschieber (2) oder Ventilsitz (1), eine weitere, zu der ringartigen Erhebung (2e, 2f) nicht parallele Erhebung (11) an der Wandung vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (2) mittels einer Feder (7) in axialer Richtung der Drehwelle (1) gegen den Ventilsitz (1) kraftbeaufschlagt ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschieber (2) durch einen Druck des Fluids gegen den Ventilsitz (1) kraftbeaufschlagt ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Welle (3) mittels eines Aktuators (6) antreibbar ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden, Ventilschieber (2) oder Ventilsitz (1), eine Oberflächenbearbeitung, insbesondere eine Beschichtung oder Härtung, aufweist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Wandung (2b) des Ventilschiebers (2) einen Öffnungswinkel zwischen etwa 40° und etwa 80°, insbesondere zwischen 50° und 70° aufweist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Abgas eines Verbrennungsmotors insbesondere eines Kraftfahrzeugs enthält, wobei zumindest einer der Kanäle mit einem Abgaskühler (12) verbunden ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderer der Kanäle (5b) mit einem Bypasskanal (13) für das Abgas verbunden ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (13) parallel an den Abgaskühler (12) angrenzt und insbesondere mit diesem eine bauliche Einheit bildet.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (1) in einem Eintrittsbereich des Abgaskühlers (12) angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (5) zur Aufnahme oder Ausbildung des Ventilsitzes einstückig mit dem Abgaskühler (12) ausgebildet ist.
  18. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
EP06022390A 2005-11-02 2006-10-26 Vorrichtung zur Steuerung eines Fluidstroms Withdrawn EP1783351A2 (de)

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