EP2592258B2 - Abgasrückführventil - Google Patents

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EP2592258B2
EP2592258B2 EP11188203.1A EP11188203A EP2592258B2 EP 2592258 B2 EP2592258 B2 EP 2592258B2 EP 11188203 A EP11188203 A EP 11188203A EP 2592258 B2 EP2592258 B2 EP 2592258B2
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EP
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fresh air
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valve element
valve
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Bernhard Klipfel
Christoph Thiery
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Cooper Standard Automotive Deutschland GmbH
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Cooper Standard Automotive Deutschland GmbH
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    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/1005—Details of the flap
    • F02D9/1025—Details of the flap the rotation axis of the flap being off-set from the flap center axis
    • F02D9/103—Details of the flap the rotation axis of the flap being off-set from the flap center axis the rotation axis being located at an edge
    • 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
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    • F02M26/21—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the intake system with EGR valves located at or near the connection to the intake system
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    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/64—Systems for actuating EGR valves the EGR valve being operated together with an intake air throttle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/71—Multi-way valves

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas recirculation valve.
  • the invention has for its object to provide an exhaust gas recirculation valve with which a reliable exhaust gas recirculation can be carried out even at low exhaust pressure.
  • this is designed as a 3-way valve, that by a single valve element, an exhaust gas flow shut off and, for example, in an alternative mode, a fresh air flow is at least throttled.
  • the exhaust gas recirculation line and the fresh air line form the upstream side of the 3-way valve, and the line for the fresh air mixed with the recirculated exhaust gas forms the downstream side.
  • the valve according to the invention fulfills the function of an exhaust gas recirculation valve in that the exhaust gas flow can be shut off, and can be regulated to a certain extent by a suitable adjustment of the valve element in the region of the exhaust gas recirculation line.
  • the single valve element in particular with the exhaust gas recirculation line completely open, serves to throttle the fresh air flow in an advantageous manner, so that a pressure gradient results, and the pressure of the fresh air in the region of the valve decreases.
  • the recirculated exhaust gas is, so to speak, "facilitated", even with a slight pressure difference with respect to the outflow side, in order to mix with the fresh air. Consequently, even under these circumstances, a reliable recycling of exhaust gas can take place.
  • the invention is based on the finding that the exhaust gas pressure and the flow through the exhaust gas recirculation valve no longer appreciably increase from a certain opening angle, with a flap valve at about 60 ° to 70 °. Therefore, according to the invention, the measures mentioned are taken in the fresh air line in order to increase the recirculated exhaust gas flow.
  • the desired effect can thus be achieved on the fresh air side, that in the fresh air line, viewed in the flow direction of the fresh air, a throttle member is provided before mixing with the recirculated exhaust gas.
  • the "cold" side throttling the fresh air flow before the confluence of the exhaust gas recirculation line causes a pressure drop in the fresh air line to the throttle point. Due to the lower pressure present at the confluence, more exhaust gas can flow in from the exhaust gas recirculation line.
  • the desired effect of an amplified exhaust gas recirculation flow can thus be achieved.
  • these favorable effects can be achieved in an efficient manner, since a single valve element and accordingly a single actuator, namely that of the Exhaust gas recirculation valve, also provides for the throttling on the fresh air side.
  • the valve element is designed so that thereby the fresh air flow is shut off.
  • it has proven to be advantageous to provide the exhaust gas recirculation line with a smaller flow cross section than the fresh air line.
  • valve element according to the invention can be realized in a particularly simple manner by virtue of this being a pivotable flap.
  • the exhaust gas recirculation line has a smaller flow cross section than the fresh air line.
  • an electric or a vacuum actuator is currently preferred.
  • Fig. 1 is a sectional view of the invention, designed as a 3-way valve exhaust gas recirculation valve 10 can be seen, which essentially connects an exhaust gas recirculation line 16 and a fresh air line 18 with a line 20, which forwards the mixture of recirculated exhaust gas and fresh air.
  • the exhaust gas recirculation 16 and the fresh air line 18 supply lines, which are arranged in the example shown at an acute angle to each other.
  • between the two supply lines 16, 18 further comprises the pivot axis 14 for a designed in the form of a hinged flap valve element 12.
  • the pivot axis 14 extends in other words perpendicular to the plane and allows, as in Fig.
  • valve element 12 itself is essentially plate-shaped or plate-shaped and is mounted in the example shown by means of a screw 22 attached to a pivot axis tab 24 so over an example spherical contour that the valve element 12 can tilt at least to a small extent with respect to the axis of the screw 22. This makes it possible for the valve element 12 to bear against the entire circumference of the opening of the exhaust gas recirculation line 16 directed to the line 20, even in the case of unavoidable production or manufacturing tolerances.
  • valve element it is further possible by a further rotation of the valve element counterclockwise in a position substantially perpendicular to the central axis of the fresh air line 18, to shut off the fresh air flow substantially completely.
  • a stop 26 is provided for this position.
  • other positions of the valve element are mentioned as extending substantially in the direction of the central axis of the conduit 20, so that both the recirculated exhaust gas and the supplied fresh air flow are similarly throttled.
  • valve element 12 may extend substantially parallel to the central axis of the fresh air line 18 and thus substantially in alignment with the left boundary of the fresh air line 18 in the figures, so that the fresh air flow is not, however, the recirculated exhaust gas flow is significantly throttled. Furthermore, any intermediate positions are conceivable.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Abgasrückführventil.
    • Stand der Technik
  • Zur Senkung der Schadstoffemissionen ist es bei Verbrennungsmotoren üblich, Abgas auf die Frischluftseite zurückzuführen und erneut dem Brennraum zuzuführen. Besondere Herausforderungen ergeben sich für die Abgasrückführung im Niederdruck-Bereich.
  • DE 10 2004 044 894 A1 ist ein Dokument aus dem Stand der Technik, das den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet. US 4,222,356 , US 2003/0111066 A1 und WO 2011/048540 A1 bilden weiteren Stand der Technik.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasrückführventil zu schaffen, mit dem auch bei niedrigem Abgasdruck eine zuverlässige Abgasrückführung erfolgen kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im Anspruch 1 beschriebene Abgasrückführventil.
  • Demzufolge ist dieses derart als 3-Wege-Ventil gestaltet, dass durch ein einziges Ventilelement ein Abgasstrom absperrbar und beispielsweise in einer alternativen Betriebsart ein Frischluftstrom zumindest drosselbar ist. Mit anderen Worten bilden die Abgasrückführleitung und die Frischluftleitung die Zuströmseite des 3-Wege-Ventils, und die Leitung für die mit dem rückgeführten Abgas vermischte Frischluft die Abströmseite. Das erfindungsgemäße Ventil erfüllt die Funktion eines Abgasrückführventils dadurch, dass der Abgasstrom absperrbar ist, und durch eine geeignete Anstellung des Ventilelements im Bereich der Abgasrückführleitung in gewissem Umfang regelbar ist. Ferner dient das einzige Ventilelement insbesondere bei vollständig geöffneter Abgasrückführleitung dazu, den Frischluftstrom in vorteilhafter Weise zu drosseln, so dass sich ein Druckgefälle ergibt, und der Druck der Frischluft im Bereich des Ventils absinkt. Hierdurch wird es dem rückgeführten Abgas auch bei geringem Druckgefälle gegenüber der Abströmseite gewissermaßen "erleichtert", sich mit der Frischluft zu vermischen. Folglich kann auch unter diesen Umständen eine zuverlässige Rückführung von Abgas erfolgen.
  • Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass sich der Abgasdruck und der Durchfluss durch das Abgasrückführventil ab einem bestimmten Öffnungswinkel, bei einem Klappenventil bei etwa 60° bis 70°, nicht mehr nennenswert erhöht. Erfindungsgemäß werden deshalb in der Frischluftleitung die erwähnten Maßnahmen getroffen, um den rückgeführten Abgasstrom zu erhöhen.
  • Der gewünschte Effekt kann somit auf der Frischluftseite dadurch erreicht werden, dass in der Frischluftleitung, in Strömungsrichtung der Frischluft betrachtet, vor der Vermischung mit dem rückgeführten Abgas ein Drosselorgan vorgesehen ist. Auf der Frischluft-, mit anderen Worten der "kalten" Seite bewirkt eine Drosselung der Frischluftströmung vor der Einmündung der Abgasrückführleitung einen Druckabfall in der Frischluftleitung nach der Drosselstelle. Aufgrund des an der Einmündung vorliegenden niedrigeren Drucks kann mehr Abgas seitens der Abgasrückführleitung zuströmen. Hierdurch kann somit der gewünschte Effekt eines verstärkten Abgasrückführstromes erreicht werden. Gleichzeitig können diese günstigen Effekte in effizienter Weise erreicht werden, da ein einziges Ventilelement und dementsprechend ein einziger Aktuator, nämlich derjenige des Abgasrückführventils, auch für die Drosselung auf der Frischluftseite sorgt.
  • Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abgasrückführventils sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Erfindungsgemäß ist das Ventilelement so gestaltet, dass hierdurch auch der Frischluftstrom absperrbar ist. Insbesondere hat es sich als günstig herausgestellt, die Abgasrückführleitung mit einem kleineren Strömungsquerschnitt zu versehen als die Frischluftleitung. Die Möglichkeit, die Abgasrückführleitung abzusperren und, in einer anderen Stellung des Ventilelements, den Frischluftstrom zu drosseln, ergibt sich somit bereits mit einem Ventilelement, das für die Absperrung der Abgasrückführleitung eine ausreichende Größe aufweist. Besondere Vorteile ergeben sich jedoch, wie erwähnt, wenn das Ventilelement auch für eine Absperrung des Frischluftstromes ausreichend groß gestaltet ist. Hierdurch kann insbesondere eine besonders vorteilhafte Drosselung zur Erzeugung eines Druckabfalls auf der Frischluftseite erfolgen.
  • Besonders einfach lässt sich das erfindungsgemäße Ventilelement dadurch realisieren, dass dieses eine schwenkbare Klappe ist.
  • In diesem Zusammenhang bietet es für einen kompakten Aufbau Vorteile, wenn die Schwenkachse für das schwenkbare Ventilelement zwischen der Abgasrückführleitung und der Frischluftleitung angeordnet ist.
  • Es ist erfindungsgemäß, dass die Abgasrückführleitung einen kleineren Strömungsquerschnitt aufweist als die Frischluftleitung.
  • Für den Aktuator wird derzeit ein elektrischer oder ein Vakuumaktuator bevorzugt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird ein beispielhaft in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Abgasrückführventils in einer ersten Stellung des Ventilelements; und
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Abgasrückführventils in einer zweiten Stellung des Ventilelements.
    Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
  • In Fig. 1 ist in einer Schnittdarstellung das erfindungsgemäße, als 3-Wege-Ventil gestaltete Abgasrückführventil 10 zu erkennen, das im Wesentlichen eine Abgasrückführleitung 16 und eine Frischluftleitung 18 mit einer Leitung 20 verbindet, die das Gemisch aus rückgeführtem Abgas und Frischluft weiterleitet. Insoweit sind die Abgasrückführ- 16 und die Frischluftleitung 18 Zuleitungen, die bei dem gezeigten Beispiel mit einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel findet sich zwischen den beiden Zuleitungen 16, 18 ferner die Schwenkachse 14 für ein in Form einer schwenkbaren Klappe gestaltetes Ventilelement 12. Die Schwenkachse 14 erstreckt sich mit anderen Worten senkrecht zur Zeichenebene und ermöglicht, wie in Fig. 1 gezeigt, dass das Ventilelement den durch die Abgasrückführleitung 16 zugeführten Abgasstrom vollständig absperrt. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ist das Ventilelement 12 selbst im Wesentlichen teller- oder plattenförmig und ist bei dem gezeigten Beispiel mittels einer Schraube 22 an einer an der Schwenkachse angebrachten Lasche 24 derart über eine beispielsweise kugelige Kontur angebracht, dass das Ventilelement 12 zumindest in geringem Umfang bezüglich der Achse der Schraube 22 kippen kann. Dies ermöglicht, dass das Ventilelement 12 auch bei unvermeidlichen Herstellungs- oder Fertigungstoleranzen am gesamten Umfang der zu der Leitung 20 gerichteten Öffnung der Abgasrückführleitung 16 anliegt.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt, ist durch das Ventilelement 12 gleichzeitig der durch die Frischluftleitung 18 zugeführte Frischluftstrom drosselbar, indem das Ventilelement 12 bezüglich des Frischluftstroms "angestellt" wird, mit anderen Worten einen Durchlassquerschnitt verkleinert wird, um den Druck seitens der Frischluftseite zu verringern und eine vermehrte Zuführung von Abgas zu ermöglichen.
  • Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es durch eine weitere Drehung des Ventilelements gegen den Uhrzeigersinn in eine Position im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der Frischluftleitung 18 ferner möglich, auch den Frischluftstrom im Wesentlichen vollständig abzusperren. Im Bereich der Schwenkachse 14 des Ventilelements ist für diese Stellung ein Anschlag 26 vorgesehen. Wenngleich dies in den Figuren nicht gezeigt ist, seien weitere Stellungen des Ventilelements dahingehend erwähnt, dass sich dieses im Wesentlichen in Richtung der Mittelachse der Leitung 20 erstreckt, so dass sowohl der rückgeführte Abgas- als auch der zugeführte Frischluftstrom gleichermaßen gedrosselt sind. Ferner kann sich das Ventilelement 12 im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse der Frischluftleitung 18 und demnach im Wesentlichen fluchtend mit der in den Figuren linken Begrenzung der Frischluftleitung 18 erstrecken, so dass der Frischluftstrom nicht, hingegen der rückgeführte Abgasstrom deutlich gedrosselt wird. Ferner sind beliebige Zwischenstellungen denkbar.

Claims (3)

  1. Abgasrückführventil (10), das derart als 3-Wege-Ventil gestaltet ist, dass durch ein einziges Ventilelement (12) ein Abgasstrom absperrbar und ein Frischluftstrom zumindest drosselbar ist, wobei durch das Ventilelement (12) ferner der Frischluftstrom absperrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Abgasrückführleitung (16) einen kleineren Strömungsquerschnitt aufweist als die Frischluftleitung. (18), und für die den Frischluftstrom vollständig absperrende Stellung, in der das Ventilelement (12) im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse der Frischluftleitung (18) positioniert ist, im Bereich einer Schwenkachse (14) des Ventilelements (12) ein Anschlag (26) vorgesehen ist.
  2. Abgasrückführventil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (12) eine schwenkbare Klappe ist.
  3. Abgasrückführventil nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwenkachse (14) des Ventilelements (12) zwischen einer Abgasrückführleitung und einer Frischluftleitung (18) angeordnet ist.
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