EP3093481A1 - Ansaugluftdrossel für einen verbrennungsmotor und kombiventil mit niederdruck-abgasrückführungsventil und ansaugluftdrossel - Google Patents

Ansaugluftdrossel für einen verbrennungsmotor und kombiventil mit niederdruck-abgasrückführungsventil und ansaugluftdrossel Download PDF

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EP3093481A1
EP3093481A1 EP15290122.9A EP15290122A EP3093481A1 EP 3093481 A1 EP3093481 A1 EP 3093481A1 EP 15290122 A EP15290122 A EP 15290122A EP 3093481 A1 EP3093481 A1 EP 3093481A1
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EP
European Patent Office
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intake air
air throttle
valve
gap
exhaust gas
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Withdrawn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
EP15290122.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Talmon-Gros
Ulrich Dehnen
Quentin FROSSARD
Thierry Dr. Marimbordes
Jérôme Migaud
Cyril VITARD
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.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
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 Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
Priority to EP15290122.9A priority Critical patent/EP3093481A1/de
Publication of EP3093481A1 publication Critical patent/EP3093481A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/66—Lift valves, e.g. poppet valves
    • F02M26/67—Pintles; Spindles; Springs; Bearings; Sealings; Connections to actuators
    • 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
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • 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
    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/64—Systems for actuating EGR valves the EGR valve being operated together with an intake air throttle

Definitions

  • the present invention relates to an intake air throttle for an internal combustion engine and a combination valve with low-pressure exhaust gas recirculation valve and intake air throttle for an internal combustion engine.
  • the present invention is concerned with low pressure EGR. It is known in the art to structurally combine a low pressure EGR valve and an intake throttle so that both controls operate together. If a larger amount of EGR gas is required, the intake throttle is gradually closed. Reducing the effective cross-section in the intake tract by closing the intake air throttle locally generates a partial negative pressure and thus allows greater removal or supply of exhaust gas.
  • the intake throttle is designed so that it has a high back pressure can generate.
  • the intake air throttle and the intake air passage are designed such that in the closed position of the intake air throttle this completely closes the intake air passage on a part of the circumference and only a defined part of the intake air passage remains free to flow.
  • the problem repeatedly arises that the intake air throttle ices in the open position and then remains immobile in the open position until the freezing point is exceeded.
  • the exercisable on the intake air throttle forces are usually not sufficient for a breakaway of the intake air throttle.
  • the present invention has for its object to provide an intake air throttle and a combination valve with minimal pressure loss and positive icing.
  • An intake air throttle for an internal combustion engine which achieves the object according to the invention comprises an intake air inlet and an outlet, wherein the intake air throttle has an intake air throttle (flap) pivotable in the intake air inlet between an open position and a stowed position, and in the stowed position of the flap during a flow through the intake air inlet along a direction of flow a pressure difference between an inflow side and an outflow side of the flap is adjustable, so that a differential pressure prevails between the inflow side and the outflow side, wherein the flap is dimensioned such that in the stowage position between the flap and an inner wall of the intake air inlet, a gap is provided.
  • the intake air throttle has an intake air throttle (flap) pivotable in the intake air inlet between an open position and a stowed position, and in the stowed position of the flap during a flow through the intake air inlet along a direction of flow a pressure difference between an inflow side and an outflow side of the flap is adjustable, so that
  • a combination valve according to the invention comprises a low-pressure exhaust gas recirculation valve and a corresponding intake air throttle and has an exhaust gas inlet, an intake air inlet and an outlet. Between the exhaust inlet and the outlet, the low-pressure exhaust gas recirculation valve is arranged. In the intake air inlet, in particular in the flow direction of an intake air flow in front of a junction of the exhaust gas inlet, the flap of the intake air throttle is arranged.
  • a particularly preferred embodiment provides that the gap is at least 2 mm wide. This distance has been found in practice to be a particularly good compromise between a still acceptable blocking effect of the flap and the prevention of icing.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the gap is provided at a location at which due to the installation position of the intake air throttle or the combination valve by gravity, a water accumulation is to be expected.
  • the gap circulates essentially around the circumference of the flap.
  • the gap is wider at one point, in particular at a point at which water accumulation is to be expected as a result of the installation position of the intake air throttle, than in adjacent circumferential regions of the flap relative to the stowed position the flap.
  • the gap is widest at this point over the entire circumference of the flap. This allows a particularly good optimization with regard to the accumulation effect and the avoidance of icing.
  • the gap is also provided in the open position and / or in an intermediate position between the stowage position and the open position. It is thus not only in the stowed position, but also in all intermediate positions reduces the risk of blocking the flap icing.
  • the effective area of the gap in the flow direction may be 10% of the area of the flap.
  • the gap may not be provided continuously, but split over a plurality of peripheral portions of the flap.
  • the gap allows an idling mass flow of 10 kg / h or more.
  • FIG. 1 shows a combination valve 10.
  • the combination valve 10 has a low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 and an intake air throttle 12.
  • the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 is arranged in an exhaust gas inlet channel 14.
  • the exhaust gas inlet 14 may be connected, for example, with the exhaust gas tract downstream of the turbine of a turbocharger.
  • the low-pressure exhaust gas is removed in a diesel engine after the diesel particulate filter and preferably passed through a low-pressure exhaust gas recirculation cooler to reduce the exhaust gas temperature.
  • the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 is in the in FIG. 1 shown embodiment designed as a linearly movable poppet valve. In the position shown, the valve disk is located in the valve seat and thus closes off the exhaust gas inlet 14.
  • the intake air throttle 12 has an intake air throttle valve 121 arranged in an intake air passage with an intake air inlet 16, downstream of an air filter (not shown), for example, in the intake air passage.
  • an intake air throttle valve 121 Upon actuation of the intake air throttle 12, the angular position of the intake air throttle valve 121 changes within the intake air passage, thus reducing the effective cross-section within the intake air passage. This results in a partial pressure gradient from the intake air inlet 16 to the outlet 18. This in turn increases the influx of exhaust gas via the exhaust gas inlet 14. In the outlet 18, the supplied exhaust gas strikes the intake air. This is usually followed by an EGR mixer. There, the supplied exhaust gas is mixed with the intake air.
  • FIG. 2 shows the kinematic element 100 with parts of intake air throttle 12 and low-pressure exhaust gas recirculation valve 11.
  • the kinematics element 100 has a main body 1001, which extends substantially along an axis Y as an elongated cuboid.
  • a first cage 110 is attached at a front end of the elongated in the Y direction cuboid.
  • the inside of the first cage 110 has substantially the shape of a slot whose narrow sides are closed by circles and whose diameter correspond to the width of the slot.
  • the longitudinal sides of the slot substantially parallel to each other.
  • the second cage 120 extends substantially along an axis X.
  • the second cage 120 has a substantially cuboidal geometry in the interior.
  • the geometry tapers. This is for example in FIG. 3 good to see.
  • the cages 110, 120 are arranged substantially at 90 ° to each other. This implies that the engaging in the cages 110, 120 cranks are also offset in its plane of movement by 90 °.
  • the drive pin 113 In the first cage 110 engages a drive pin 113 of a drive crank 112 a.
  • the drive pin 113 is supported by means of a ball bearing.
  • the diameter of the ball bearing drive journal 113 substantially corresponds to the width of the slot of the cage 110.
  • the power crank 112 rotates about an axis X and is driven, for example, by a motor (not shown).
  • the drive journal 113 describes a circular segment path.
  • the drive pin 113 moves within the cage 110 between two end positions and thereby moves the kinematic element 100 linearly along the axis Y. There is no or little play of the drive pin 113 in the direction of the Y axis.
  • the intake throttle valve 121 is rotatably mounted about an axis Z and has a driven crank 122.
  • An output pin 123 of the output crank 122 engages in the second cage 120 a.
  • the output crank 122 is coupled to a torsion spring 124.
  • the torsion spring 124 embodied here by way of example as a cylindrical torsion spring exerts a rotational force on the output crank 122 in such a way that the output pin 123 bears against the second cage 120.
  • a position is shown in which the output pin 123 rests against a first portion 1201 of the second cage 120.
  • the first section 1201 is the section 1201 of the second cage 120 which is located along the axis Y in the direction of the first cage 110.
  • the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 has a valve rod 130, at whose end facing away from the kinematic element 100 end a valve plate 131 is provided.
  • the valve rod 130 is slidably mounted within a sleeve 132.
  • the sleeve 132 is fixedly arranged relative to the kinematic element 100 and serves as a guide for the valve rod 130.
  • At the end of the valve rod 130, which faces the kinematic element 100 there is a stop for a compression spring 114.
  • the compression spring 114 is concentric with the axis Y and arranged to the valve rod 130.
  • the compression spring 114 is executed here by way of example as a spherical compression spring to allow a small space requirement and ease of manufacture.
  • the compression spring 114 exerts a spring force on the valve rod 130 and thus also on the valve disk 131 along the axis Y in the direction of the kinematic element 100 and thus presses the valve disk 131 in the direction of a valve seat. Valve rod 130 and valve plate 131 thus follow a movement of the kinematic element 100 along the axis Y immediately.
  • position of the kinematic element 100 corresponds to a wide opening of the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 and a relatively strong closed position of the intake air throttle 12th
  • Both the compression spring 114 and the torsion spring 124 act rectilinearly on the kinematic element 100 and exert a force that pushes it along the axis Y in the direction of the drive crank 112.
  • the compression spring 114 is supported on the sleeve 132 from.
  • the torsion spring 124 is supported on a housing section, not shown.
  • the output pin 123 follows the second cage 120 and abuts against the first portion 1201, since the torsion spring 124 exerts a corresponding force on the output crank 122. Consequently, the intake air throttle 12 moves in the direction of its open position.
  • the compression spring 114 pushes the valve rod 130 along the axis Y in the direction of the drive crank 112.
  • the valve plate 131 of the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 thus moves in the direction of its closed position.
  • the intake air throttle 12 jammed - for example, by icing or high thermal load - lifts in such a described movement of the kinematic element 100 along the axis Y in the direction of the drive crank 112 of the output pin 123 of the first portion 1201 of the second cage 120th and is taken with continued movement of the kinematic element 100 of the second portion 1202.
  • This idle stroke makes it possible to accelerate the entire mass moved with the kinematic element 100, so that a certain momentum transfer takes place upon impact of the driven pin 123 on the second section 1202 of the second cage 120, so that breakaway can take place from the icing or clamping position of the intake air throttle 12. It is thus possible to exert a considerable breakaway force on the intake air throttle 12 via the drive crank 112.
  • the end position of the intake air throttle 12 is already reached. This can be achieved, for example, by a stop for a movable part of the intake air throttle 12. If the kinematics element 100 then continues its movement, the output journal 123 likewise lifts off from the first section 1201. The resulting idle stroke can be used to ensure that when opening the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 from its closed position initially the intake air throttle 12 remains in its open position. Only after completion of the idle stroke, the output pin 123 contacts the second cage 120 at its first portion 1201 and thus initiates the closing operation of the intake air throttle 12.
  • FIGS. 4 and 5 an alternative embodiment of a kinematic element 200.
  • the basic embodiment is identical to that of the kinematic element 100, so that a description of the structure need not be repeated, but reference is made to the corresponding explanations to the kinematic element 100.
  • the kinematic element 200 does not have a closed cage 120. Instead, an abutment driver structure 220 is provided.
  • a stop 2201 is arranged with respect to the movement axis Y of the kinematic element 200 with respect to a driver 2202. Between stop 2201 and driver 2202 engages a driven pin 123 of the output crank 122 of the intake air throttle 12 a.
  • the output crank 122 is set in rotation about the axis Z and the intake air throttle 12 or its intake air throttle flap 121 is moved.
  • a torsion spring 124 exerts a force on the output crank 122, so that in the present embodiment of the kinematic element 200 the output crank 122 or the output pin 123 abuts against the stop 2201.
  • the restoring force applied by the torsion spring 124 is not sufficient to move the intake air throttle 12 so that the driven pin 123 abuts against the stop 2201. This can occur, for example, in the case of icing of the intake air throttle 12, in the event of jamming or if the torsion spring 124 breaks.
  • the kinematic element 200 has already covered the possible between the stop 2201 and the driver 2202 for the output pin 123 distance, so running the idle stroke.
  • the driver 2202 thus meets FIG. 4 after a "swing recovery" on the rigidly connected to the intake air throttle 12 output pin 123 and tears it with, so that the kinematics 200 in the FIG. 5 shown position occupies.
  • FIG. 6 shows a perspective view of an intake air throttle 312 according to the invention.
  • FIG. 7 is the intake air throttle 312 in an exemplary embodiment of an intake air throttle 20, FIG. 8 integrated in an exemplary embodiment of a combination valve 30.
  • Air ducts have been omitted to better represent the shape of the intake air throttle 312.
  • FIGS. 7 to 14 are also parts of the housing and parts of the air ducts omitted to represent the functionality can.
  • the intake air throttle 20 has an intake air intake passage 16 and an exhaust 18, and is disposed, for example, in the intake air passage after an air cleaner (not shown).
  • the intake air throttle 312 has a throttle shaft 3121 provided with a storage surface 3122 of the intake air throttle 312 at one in the Figures 6 - 11 upper attachment point 3123 and a lower attachment point 3124 is connected.
  • the throttle shaft 3121 is in the Figures 6 - 11 is rotatably supported about an axis Z and is driven by a drive 13.
  • the airflow facing away from outer surface 3125 of the intake throttle valve 312 has a parallel to the axis Z extending first rib 3126 and a perpendicular to the axis Z extending second rib 3127.
  • the basic shape of the storage area 3122 is complex.
  • the airflow facing inner surface 3128 is convex, corresponds in part to a cylindrical shape and partially a dome shape. While in the area of the second rib 3127 the storage area 3122 is substantially spherical or dome-shaped, the storage surface 3122 extends in the region of the attachment points 3123, 3124 substantially parallel to each other and in the Figures 6 - 11 horizontal.
  • the horizontal cross section of the intake air throttle 312 is comparatively small at the attachment points 3123, 3124, while it is greatest in the region of the horizontal second rib 3127.
  • FIG. 7 the intake air throttle 312 is integrated with an intake air throttle 20 into which FIGS. 8-11
  • the intake air throttle 312 is shown integrated into a combination valve 30.
  • the inner surface 161 of the intake air passage having the intake air inlet 16 is shown partially ripped open. It is in the FIGS. 7 and 8th It will be appreciated that the intake air throttle 312 is located in a cavity 162 of the intake air passage. At the same time, the bearing of the intake air throttle valve 312 in the region of the lower attachment point 3124 in the cavity 162.
  • the shaft 3121 of the intake throttle valve 312 is driven in the case of the combination valve 30 by a driven crank 122 of a kinematic element 100 and 200, as already explained above has been.
  • the shaft 3121 may be driven directly by the drive 13. Due to the fact that the intake air throttle 312 covers only half of the inner circumference of the intake air passage, the risk of icing is reduced.
  • the vertical first rib 3126 in the open position of the intake air throttle 312 is the relevant point at which icing with the inner surface 161 of the flow channel can take place. Compared to the total area of the intake air throttle 312, this area is small and thus the breakaway torque also significantly smaller than in conventional throttle body geometries.
  • FIG. 8 While in FIG. 8 the intake throttle valve 312 is shown in the open position, it is located in the FIG. 9 in a partially closed stowage position.
  • the Figures 10 and 11 show the stowage position ( FIG. 10 ) and the open position ( FIG. 11 ) from a different perspective. Due to the adapted to the internal geometry of the intake air duct shape of the intake air throttle 312 results in the open position of FIG. 11 a particularly low pressure drop, since only the shaft 3121 protrudes into the air flow. All other parts of the intake air throttle 312, such as bearings or the storage area 3122 itself, are located in the cavity 162 and thus outside of the air flow.
  • FIGS. 1 and 8 - 11 show two perspective views of a combination valve according to the invention 10.
  • the general structure of the combination valve 10 corresponds to that of the FIGS. 1 and 8 - 11 described combination valves. Identical or comparable features are therefore designated by the same reference numerals. To avoid repetition, only the parts of the combination valve 10 which are relevant to the present invention will be described. In the representation of the combination valve 10 parts of the housing and the air ducts have been omitted in order to better represent the functionality.
  • the combination valve 10 has a low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 and an intake air throttle 12.
  • the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 is arranged in an exhaust gas inlet channel 14 of the combination valve 10.
  • the intake air throttle 12 is disposed in an intake air intake passage having an intake air inlet 16 of the combination valve 10.
  • the intake air intake passage is shown cut along its flow direction.
  • the intake air throttle 12 has an intake air throttle 412.
  • the intake air throttle 412 has a throttle shaft 4121 and a storage surface 4122.
  • the storage area 4122 is rotatable about the longitudinal axis Z of the throttle shaft 4121. Upon actuation of the intake air throttle 412, its angular position in the intake air intake passage changes.
  • the in the Figures 12 and 13 shown position corresponds to a closed or stowed position in which the intake air throttle valve 412 generates a maximum back pressure in the intake air intake passage.
  • a rotated by 90 ° about the longitudinal axis Z position of the storage area 4122 is the intake air throttle 412 in the open position and the generated back pressure is minimal.
  • the circumference 4123 of the intake air throttle 412 is adapted in geometry to the geometry of the inner surface 161 of the intake air intake passage. Between the inner surface 161 and the periphery 4123 of the intake air throttle 412, a gap 4124 is provided. In certain embodiments, as in FIG. 13 illustrates that the gap may not be formed uniformly wide over the entire circumference 4123 of the intake throttle valve 412. In an upper region 4125 and in a lower region 4126, the gap is particularly wide, while it is significantly smaller in an intermediate region. Such a division of the gap widths is special makes sense if the combination valve occupies a preferred position in which an ice formation is to be feared.
  • This principle of a gap formation between the intake air throttle valve and the inner wall or the inner surface of the surrounding air duct can of course also with the alternative embodiment of the flap shape of Figures 6 - 11 or / and with the configuration of the kinematic elements 100, 200 for particularly favorable power transmission for a breakaway of the intake air throttle in the clamping / icing case can be advantageously combined.
  • FIGS. 8 and 9 shown embodiment of a combination valve 30 has a two-stage sealing concept with at least three dynamic seals.
  • a first seal 301 is located between the intake air intake passage and a kinematics room 302.
  • the movable elements are arranged, which are provided for driving the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 and the intake air throttle 12.
  • a kinematics element 100, 200, a driven crank 122 for actuating an intake air throttle flap 121, 312, 412, a drive crank 112 for moving the kinematic element 100, 200 are arranged in the kinematics space 302, as shown by way of example in the previously described figures.
  • the first seal 301 is a shaft seal for sealing the kinematics space 302 against the intake air inlet 16 and the flow space between the intake air inlet 16 and the outlet 18, and is particularly attached to the throttle shaft 3121, which serves to move the storage area 3122 of the intake air throttle 312.
  • a second seal 303 seals the kinematics space 302 against the Akturatorraum 304, in which the drive 13 is arranged from.
  • a third seal 305 seals the kinematics chamber 302 against the region of the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11.
  • the actuating element of the low-pressure exhaust gas recirculation valve 11 may be provided a shaft seal or a rod seal.
  • the third seal 305 as a rod seal it may itself be formed in two stages and constructed of a gap seal and a rod seal. Between gap seal and rod seal the storage of the rod can be arranged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansaugluftdrossel für einen Verbrennungsmotor, mit einem Ansauglufteinlass sowie einem Auslass, wobei die Ansaugluftdrossel eine in dem Ansauglufteinlass zwischen einer Offenstellung und einer Staustellung verschwenkbare Klappe aufweist, wobei in der Staustellung der Klappe bei einer Durchströmung des Ansauglufteinlasses entlang einer Durchströmungsrichtung eine Druckdifferenz zwischen einer Anströmseite und einer Abströmseite der Klappe einstellbar ist, wobei die Klappe so dimensioniert ist, dass in der Staustellung zwischen der Klappe und einer Innenwand des Ansauglufteinlasses ein Spalt vorgesehen ist.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansaugluftdrossel für einen Verbrennungsmotor und ein Kombiventil mit Niederdruck-Abgasrückführungsventil und Ansaugluftdrossel für einen Verbrennungsmotor.
    • Stand der Technik
  • Um die NOx-Emission von Dieselmotoren und den CO2-Ausstoß von Ottomotoren zu reduzieren, ist es ein Ziel, die Verbrennungstemperatur im Brennraum zu senken. Zu diesem Zweck wird der dem Verbrennungsmotor zugeführten Reinluft Abgas zugegeben. Dies führt im Falle von Dieselmotoren zu einer Absenkung der Reaktionsgeschwindigkeit und damit der Verbrennungstemperatur. Bei Ottomotoren können Ladungswechselverluste vermieden und ebenfalls NOx-Emissionen verringert werden. Man unterscheidet bei der Abgasrückführung (AGR) zwischen einer Hochdruck-AGR und einer Niederdruck-AGR. Bei der Hochdruck-AGR erfolgt die Entnahme des Abgases vor der Turbine eines Turboladers. Das entnommene Abgas wird stromabwärts von Verdichter und Ansaugluftdrossel eingeleitet. Bei der Niederdruck-AGR wird das zu entnehmende Abgas nach der Abgasnachbehandlung entnommen und vor einem Turbolader zugemischt.
  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Niederdruck-AGR. Es ist im Stand der Technik bekannt, ein Niederdruck-AGR-Ventil und eine Ansaugluftdrossel baulich so zu kombinieren, dass beide Steuerelemente zusammen wirken. Wird eine größere Menge an AGR-Gas benötigt, wird die Ansaugluftdrossel schrittweise geschlossen. Das Verringern des wirksamen Querschnitts im Ansaugtrakt durch ein Schließen der Ansaugluftdrossel erzeugt lokal einen partiellen Unterdruck und ermöglicht so eine größere Entnahme beziehungsweise Zuführung von Abgas.
  • Um eine möglichst hohe Effizienz des Verbrennungsmotors zu gewährleisten, wird herkömmlicherweise die Ansaugluftdrossel so gestaltet, dass sie einen hohen Staudruck erzeugen kann. Zu diesem Zweck werden die Ansaugluftdrossel und der Ansaugluftkanal so gestaltet, dass in der Schließstellung der Ansaugluftdrossel diese den Ansaugluftkanal an einem Teil des Umfangs möglichst vollständig verschließt und nur noch ein definierter Teil des Ansaugluftkanals frei durchströmbar bleibt. Dabei tritt immer wieder das Problem auf, dass die Ansaugluftdrossel in der geöffneten Stellung vereist und dann bis zu einem Überschreiten des Gefrierpunkts unbeweglich in der geöffneten Stellung verbleibt. Die auf die Ansaugluftdrossel ausübbaren Kräfte reichen in der Regel nicht für ein Losbrechen der Ansaugluftdrossel.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansaugluftdrossel sowie ein Kombiventil mit minimalem Druckverlust und positiven Vereisungseigenschaften anzugeben.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Eine die erfindungsgemäße Aufgabe lösende Ansaugluftdrossel für einen Verbrennungsmotor umfasst einen Ansauglufteinlass sowie einen Auslass, wobei die Ansaugluftdrossel eine in dem Ansauglufteinlass zwischen einer Offenstellung und einer Staustellung verschwenkbare Ansaugluftdrosselklappe (Klappe) aufweist, und in der Staustellung der Klappe bei einer Durchströmung des Ansauglufteinlasses entlang einer Durchströmungsrichtung eine Druckdifferenz zwischen einer Anströmseite und einer Abströmseite der Klappe einstellbar ist, so dass ein Differenzdruck zwischen der Anströmseite und der Abströmseite herrscht, wobei die Klappe derart dimensioniert ist, dass in der Staustellung zwischen der Klappe und einer Innenwand des Ansauglufteinlasses ein Spalt vorgesehen ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Kombiventil umfasst ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil und eine entsprechende Ansaugluftdrossel und weist einen Abgaseinlass, einen Ansauglufteinlass sowie einen Auslass auf. Zwischen dem Abgaseinlass und dem Auslass ist das Niederdruck-Abgasrückführungsventil angeordnet. In dem Ansauglufteinlass, insbesondere in Strömungsrichtung eines Ansaugluftstromes vor einer Einmündung des Abgaseinlasses ist die Klappe der Ansaugluftdrossel angeordnet.
  • Mittels dieser Geometrie der Ansaugluftdrossel wird verhindert, dass sich trotz Feuchtigkeitsniederschlag eine Eisschicht zwischen der Klappe und der Innenwand des Ansauglufteinlasses bildet. Selbst für den Fall, dass sich eine solche Schicht bilden sollte, ist das Losbrechen mit einem wesentlich geringeren Drehmoment verbunden.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Spalt mindestens 2 mm breit ist. Dieser Abstand hat sich in der Praxis als besonders guter Kompromiss zwischen einer noch akzeptablen Stauwirkung der Klappe und dem Verhindern einer Vereisung herausgestellt.
  • Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der Spalt an einer Stelle vorgesehen ist, an der aufgrund der Einbaulage der Ansaugluftdrossel bzw. des Kombiventils durch die Gravitation eine Wasseransammlung zu erwarten ist.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spalt im Wesentlichen um den Umfang der Klappe umläuft.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spalt an einer Stelle, insbesondere an einer Stelle, an der aufgrund der Einbaulage der Ansaugluftdrossel durch die Gravitation eine Wasseransammlung zu erwarten ist, breiter ausgeführt ist als in benachbarten Umfangsbereichen der Klappe, bezogen auf die Staustellung der Klappe. Insbesondere ist in der Staustellung der Klappe der Spalt an dieser Stelle über dem gesamten Umfang der Klappe am breitesten. Dies ermöglicht eine besonders gute Optimierung hinsichtlich der Stauwirkung und der Vermeidung einer Vereisung.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Spalt auch in der Offenstellung und/oder in einer Zwischenstellung zwischen der Staustellung und der Offenstellung vorgesehen ist. Es ist somit nicht nur in der Staustellung, sondern auch in allen Zwischenstellungen das Risiko einer die Klappe blockierenden Vereisung verringert.
  • Besonders bevorzugt kann die in der Strömungsrichtung wirksame Fläche des Spalts 10 % der Fläche der Klappe betragen.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Spalt nicht durchgehend, sondern auf mehrere Umfangsabschnitte der Klappe aufgeteilt vorgesehen sein.
  • Vorteilhaft lässt der Spalt einen Leerlaufmassenstrom von 10 kg/h oder mehr zu.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es wird nun die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Kombiventils;
    Figur 2
    eine perspektivische Ansicht eines Kinematikelements des in Figur 1 gezeigten Kombiventils;
    Figur 3
    eine weitere perspektivische Ansicht des Kinematikelements der Figur 2;
    Figur 4
    eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Kinematikelements der Figur 2 in einer ersten Stellung;
    Figur 5
    das Kinematikelement der Figur 4 in einer zweiten Stellung;
    Figur 6
    eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Ansaugluftdrosselklappe, insbesondere für ein Kombiventil;
    Figur 7
    die Ansaugluftdrosselklappe der Figur 6 in einer beispielhaften Ausführungsform eine Ansaugluftdrossel;
    Figur 8
    die Ansaugluftdrosselklappe der Figur 6 in einer beispielhaften Ausführungsform eines Kombiventils;
    Figur 9
    die beispielhafte Ausführungsform des Kombiventils der Figur 8 mit einer anderen Stellung der Ansaugluftdrosselklappe;
    Figur 10
    eine perspektivische Ansicht des Kombiventils der Figur 8 mit der Ansaugluftdrosselklappe in einer Stauposition;
    Figur 11
    die Ansicht der Figur 10 mit der Ansaugluftdrosselklappe in einer Offenposition;
    Figur 12
    eine erste perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kombiventils in einer seitlichen Aufrissdarstellung; und
    Figur 13
    eine zweite perspektivische Ansicht des Kombiventils der Figur 12.
    Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Figur 1 zeigt ein Kombiventil 10. Bei der Darstellung wurden Teile des Gehäuses und der Luftkanäle weggelassen, um die Funktionalität besser darstellen zu können. Das Kombiventil 10 weist ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 und eine Ansaugluftdrossel 12 auf.
  • Das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 ist in einem Abgaseinlasskanal 14 angeordnet. Der Abgaseinlass 14 kann beilspielsweise mit dem der Turbine eines Turboladers nachgeordneten Abgastrakt verbunden sein. Beispielsweise wird die Niederdruck-Abgasluft bei einem Dieselmotor nach dem Dieselpartikelfilter entnommen und vorzugsweise noch durch einen Niederdruck-Abgasrückführungs-Kühler zur Reduzierung der Abgastemperatur geleitet. Das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 ist in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform als linear bewegliches Tellerventil ausgeführt. In der gezeigten Stellung befindet sich der Ventilteller im Ventilsitz und verschließt so den Abgaseinlass 14.
  • Die Ansaugluftdrossel 12 weist eine in einem Ansaugluftkanal mit einem Ansauglufteinlass 16 angeordnete Ansaugluftdrosselklappe 121 auf, beispielsweise im Ansauglufttrakt einem Luftfilter (nicht dargestellt) nachgeordnet. Bei einer Betätigung der Ansaugluftdrossel 12 verändert sich die Winkelstellung der Ansaugluftdrosselklappe 121 innerhalb des Ansaugluftkanals und verringert so den wirksamen Querschnitt innerhalb des Ansaugluftkanals. Es entsteht ein partielles Druckgefälle vom Ansauglufteinlass 16 zum Auslass 18. Dies erhöht wiederum den Zustrom von Abgas über den Abgaseinlass 14. Im Auslass 18 trifft das zugeführte Abgas auf die Ansaugluft. Es schließt sich in der Regel ein AGR-Mischer an. Dort wird das zugeführte Abgas mit der Ansaugluft gemischt. Figur 2 zeigt das Kinematikelement 100 mit Teilen von Ansaugluftdrossel 12 und Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11.
  • Das Kinematikelement 100 weist einen Grundkörper 1001 auf, der sich im Wesentlichen entlang einer Achse Y als langgestreckter Quader erstreckt. An einem stirnseitigen Ende des in Y-Richtung langgestreckten Quaders ist ein erster Käfig 110 angebracht. Die Innenseite des ersten Käfigs 110 besitzt im Wesentlichen die Form eines Langlochs, dessen schmale Seiten durch Kreise abgeschlossen sind und deren Durchmesser der Breite des Langlochs entsprechen. Die Längsseiten des Langlochs verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Senkrecht zu der Ausdehnungsebene des ersten Käfigs 110 erstreckt sich der zweite Käfig 120, im Wesentlichen entlang einer Achse X. Der zweite Käfig 120 besitzt im Inneren eine im Wesentlichen quaderförmige Geometrie. An der dem Grundkörper 1001 des Kinematikelements 100 abgewandten Seite des Käfigs 120 verjüngt sich die Geometrie. Dies ist beispielsweise in Figur 3 gut erkennbar.
  • Die Käfige 110, 120 sind im Wesentlichen im 90° Winkel zueinander angeordnet. Dies bedingt, dass die in die Käfige 110, 120 eingreifenden Kurbeln in ihrer Bewegungsebene ebenfalls um 90° versetzt sind.
  • In den ersten Käfig 110 greift ein Antriebszapfen 113 einer Antriebskurbel 112 ein. Der Antriebszapfen 113 ist mittels einer Kugellagerung gelagert. Der Durchmesser des Antriebszapfens 113 mit Kugellagerung entspricht im Wesentlichen der Breite des Langlochs des Käfigs 110. Die Antriebskurbel 112 dreht sich um eine Achse X und wird beispielsweise durch einen Motor (nicht dargestellt) angetrieben. Bei der Rotation der Antriebskurbel 112 um die Achse X beschreibt der Antriebszapfen 113 eine Kreissegmentbahn. Dabei bewegt sich der Antriebszapfen 113 innerhalb des Käfigs 110 zwischen zwei Endpositionen und bewegt dabei das Kinematikelement 100 linear entlang der Achse Y. Dabei ist kein oder wenig Spiel des Antriebszapfens 113 in Richtung der Achse Y vorgesehen.
  • Die Ansaugluftdrosselklappe 121 ist um eine Achse Z drehbar gelagert und weist eine Abtriebskurbel 122 auf. Ein Abtriebszapfen 123 der Abtriebskurbel 122 greift in den zweiten Käfig 120 ein. Bei der linearen Bewegung des Kinematikelements 100 versetzt der zweite Käfig 120 die Abtriebskurbel 122 in eine Drehung um die Achse Z und bewegt damit die Ansaugluftdrossel 12 beziehungsweise deren Ansaugluftdrosselklappe 121. Die Abtriebskurbel 122 ist mit einer Drehfeder 124 gekoppelt. Die hier beispielhaft als zylindrische Torsionsfeder ausgebildete Drehfeder 124 übt eine Drehkraft auf die Abtriebskurbel 122 dergestalt aus, dass der Abtriebszapfen 123 an dem zweiten Käfig 120 anliegt. In der Figur 2 ist eine Stellung gezeigt, in der der Abtriebszapfen 123 an einem ersten Abschnitt 1201 des zweiten Käfigs 120 anliegt. Der erste Abschnitt 1201 ist der entlang der Achse Y in Richtung des ersten Käfigs 110 gelegene Abschnitt 1201 des zweiten Käfigs 120.
  • Das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 weist eine Ventilstange 130 auf, an deren von dem Kinematikelement 100 wegweisenden Ende ein Ventilteller 131 vorgesehen ist. Die Ventilstange 130 ist innerhalb einer Hülse 132 verschiebbar gelagert. Die Hülse 132 ist ortsfest relativ zu dem Kinematikelement 100 angeordnet und dient als Führung für die Ventilstange 130. An dem Ende der Ventilstange 130, das dem Kinematikelement 100 zugewandt ist, befindet sich ein Anschlag für eine Druckfeder 114. Die Druckfeder 114 ist konzentrisch zur Achse Y und zur Ventilstange 130 angeordnet. Die Druckfeder 114 ist hier beispielhaft als sphärische Druckfeder ausgeführt, um einen geringen Bauraumbedarf und eine leichte Herstellbarkeit zu ermöglichen. Die Druckfeder 114 übt eine Federkraft auf die Ventilstange 130 und damit auch auf den Ventilteller 131 entlang der Achse Y in Richtung des Kinematikelements 100 aus und drückt somit den Ventilteller 131 in Richtung eines Ventilsitzes. Ventilstange 130 und Ventilteller 131 folgen somit einer Bewegung des Kinematikelements 100 entlang der Achse Y unmittelbar.
  • Die in Figur 2 und 3 gezeigte Stellung des Kinematikelements 100 entspricht einer weiten Öffnung des Niederdruck-Abgasrückführungsventils 11 und einer relativ stark geschlossenen Stellung der Ansaugluftdrossel 12.
  • Sowohl die Druckfeder 114 als auch die Drehfeder 124 wirken gleichgerichtet auf das Kinematikelement 100 und üben eine Kraft aus, die es entlang der Achse Y in Richtung Antriebskurbel 112 drückt. Die Druckfeder 114 stützt sich dabei an der Hülse 132 ab. Die Drehfeder 124 stützt sich an einem nicht gezeigten Gehäuseabschnitt ab. Das Vorsehen zweier unabhängiger Federkräfte, die auf zwei verschiedene kinematische Wege auf das Kinematikelement 100 einwirken, stellt ein Sicherheitsmerkmal dar. Des Weiteren erlaubt diese Anordnung eine deutliche Reduzierung des Bewegüngsspiels und reduziert die Toleranzkette innerhalb der Anordnung substantiell.
  • Bei einer Bewegung des Kinematikelements 100 entlang der Achse Y in Richtung der Antriebskurbel 112 folgt der Abtriebszapfen 123 dem zweiten Käfig 120 und liegt dabei an dem ersten Abschnitt 1201 an, da die Drehfeder 124 eine entsprechende Kraft auf die Abtriebskurbel 122 ausübt. Folglich bewegt sich die Ansaugluftdrossel 12 in Richtung ihrer Offenstellung. Gleichzeitig drückt die Druckfeder 114 die Ventilstange 130 entlang der Achse Y in Richtung der Antriebskurbel 112. Der Ventilteller 131 des Niederdruck-Abgasrückführungsventils 11 bewegt sich folglich in Richtung seiner Schließstellung.
  • Ist aufgrund bestimmter Umstände die Ansaugluftdrossel 12 verklemmt - beispielsweise durch eine Vereisung oder eine hohe thermische Belastung - hebt sich bei einer derartigen beschriebenen Bewegung des Kinematikelements 100 entlang der Achs Y in Richtung der Antriebskurbel 112 der Abtriebszapfen 123 von dem ersten Abschnitt 1201 des zweiten Käfigs 120 ab und wird bei fortgesetzter Bewegung des Kinematikelelements 100 von dem zweiten Abschnitt 1202 mitgenommen. Dieser Leerhub ermöglicht ein Beschleunigen der gesamten mit dem Kinematikelement 100 bewegten Masse, sodass beim Auftreffen des Abtriebszapfens 123 auf den zweiten Abschnitt 1202 des zweiten Käfigs 120 ein gewisser Bewegungsimpulsübertrag stattfindet und so ein Losbrechen aus der Vereisungs- beziehungsweise Verklemmungsposition der Ansaugluftdrossel 12 stattfinden kann. Es ist somit möglich, über die Antriebskurbel 112 eine beträchtliche Losbrechkraft auf die Ansaugluftdrossel 12 auszuüben.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass bevor das Kinematikelement 100 seinen unteren Endpunkt der Bewegung erreicht, bereits die Endstellung der Ansaugluftdrossel 12 erreicht wird. Dies kann beispielsweise durch einen Anschlag für ein bewegliches Teil der Ansaugluftdrossel 12 erreicht werden.-Setzt das Kinematikelement 100 dann seine Bewegung fort, hebt sich ebenfalls der Abtriebszapfen 123 von dem ersten Abschnitt 1201 ab. Der sich so ergebende Leerhub kann dazu benutzt werden, dass bei dem Öffnen des Niederdruck-Abgasrückführventils 11 aus seiner Schließstellung zunächst die Ansaugluftdrossel 12 in ihrer Offenstellung verharrt. Erst nach Beendigung des Leerhubs kontaktiert der Abtriebszapfen 123 den zweiten Käfig 120 an seinem ersten Abschnitt 1201 und leitet damit den Schließvorgang der Ansaugluftdrossel 12 ein.
  • Im Unterschied zu der in den Figuren 1 - 3 gezeigten Ausführungsform zeigen die Figuren 4 und 5 eine alternative Ausführungsform eines Kinematikelements 200. Die grundlegende Ausgestaltung ist identisch zu dem des Kinematikelements 100, sodass eine Beschreibung des Aufbaus nicht wiederholt werden muss, sondern auf die entsprechenden Ausführungen zu dem Kinematikelement 100 verwiesen wird. Im Unterschied zu dem Kinematikelement 100 weist das Kinematikelement 200 keinen geschlossenen Käfig 120 auf. Stattdessen ist eine Anschlag-Mitnehmer-Struktur 220 vorgesehen. Ein Anschlag 2201 ist hinsichtlich der Bewegungsachse Y des Kinematikelements 200 gegenüber einem Mitnehmer 2202 angeordnet. Zwischen Anschlag 2201 und Mitnehmer 2202 greift ein Abtriebszapfen 123 der Abtriebskurbel 122 der Ansaugluftdrossel 12 ein. Bei der linearen Bewegung des Kinematikelements 200 entlang der Bewegungsachse Y wird die Abtriebskurbel 122 in eine Drehung um die Achse Z versetzt und die Ansaugluftdrossel 12 beziehungsweise deren Ansaugluftdrosselklappe 121 bewegt. Wie bereits oben zu den Figuren 2 und 3 erläutert, übt eine Drehfeder 124 eine Kraft auf die Abtriebskurbel 122 aus, so dass bei der vorliegenden Ausführungsform des Kinematikelements 200 die Abtriebskurbel 122 bzw. der Abtriebszapfen 123 an dem Anschlag 2201 anliegt.
  • In den Figuren 4 und 5 ist der Fall gezeigt, dass die durch die Drehfeder 124 aufgebrachte Rückstellkraft nicht ausreicht, um die Ansaugluftdrossel 12 so zu bewegen, dass der Abtriebszapfen 123 an dem Anschlag 2201 anliegt. Dies kann beispielsweise bei einem Vereisen der Ansaugluftdrossel 12, bei einem Verklemmen oder bei einem Bruch der Drehfeder 124 auftreten. Bei der in Figur 4 gezeigten Stellung hat das Kinematikelement 200 bereits die zwischen dem Anschlag 2201 und dem Mitnehmer 2202 für den Abtriebszapfen 123 mögliche Wegstrecke zurückgelegt, also den Leerhub ausgeführt. Der Mitnehmer 2202 trifft also in Figur 4 nach einem "Schwungholen" auf den starr mit der Ansaugluftdrossel 12 verbundenen Abtriebszapfen 123 und reißt diesen mit, sodass das Kinematikelement 200 die in der Figur 5 gezeigte Stellung einnimmt. Während in Figur 4 die Ansaugluftdrossel 12 in einer geschlossenen Stellung beispielsweise vereist war, ist die Ansaugluftdrossel 12 - wie in Figur 5 gezeigt - nach diesem Bewegungsvorgang in ihre weitgehend geöffnete Stellung mittels des Mitnehmers 2202 überführt worden, obwohl die Rückstellkraft der Drehfeder 124 nicht ausreichend war, um den Abtriebszapfen 123 an dem Anschlag 2201 anzulegen. Diese Funktionalität ist sowohl mit einem geschlossenen Käfig 120, wie er in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist, als auch mit der offenen Anschlag-Mitnehmer-Struktur 220 möglich, wie sie das Kinematikelement 200 der Figuren 4 und 5 zeigt.
  • Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ansaugluftdrosselklappe 312. In Figur 7 ist die Ansaugluftdrosselklappe 312 in einer beispielhaften Ausführungsform einer Ansaugluftdrossel 20, in Figur 8 in einer beispielhaften Ausführungsform eines Kombiventils 30 integriert. In der Darstellung der Figur 6 wurden luftführende Kanäle weggelassen, um die Form der Ansaugluftdrosselklappe 312 besser darstellen zu können. In den Figuren 7 - 14 sind ebenfalls Teile des Gehäuses und Teile der Luftkanäle weggelassen, um die Funktionalität darstellen zu können.
  • Es wird zunächst auf die Ansaugluftdrosselklappe 312, gezeigt in Figur 6, der Ansaugluftdrossel 20 der Figur 7 eingegangen. Die entsprechenden Ausführungen gelten aber auch für das Kombiventil 30, wie es in den Figuren 8 - 11 gezeigt ist. Insbesondere gelten auch für das Kombiventil 30 der Figuren 8 - 11 die Ausführungen zu den Ausführungsformen der Figuren 1 - 6. Es werden entsprechend auch für gleiche oder vergleichbare Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet und eine Wiederholung der Beschreibung weitgehend vermieden.
  • Die Ansaugluftdrossel 20 weist einen Ansauglufteinlasskanal 16 und einen Auslass 18 auf und ist beispielsweise im Ansauglufttrakt nach einem Luftfilter (nicht dargestellt) angeordnet. Die Ansaugluftdrosselklappe 312 weist eine Drosselklappenwelle 3121 auf, die mit einer Staufläche 3122 der Ansaugluftdrosselklappe 312 an einer in den Figuren 6 - 11 oberen Befestigungsstelle 3123 und einer unteren Befestigungsstelle 3124 verbunden ist. Die Drosselklappenwelle 3121 ist in den Figuren 6 - 11 um eine Achse Z drehbar gelagert und wird von einem Antrieb 13 angetrieben. Die dem luftstromabgewandte Außenfläche 3125 der Ansaugluftdrosselklappe 312 weist eine parallel zur Achse Z verlaufende erste Rippe 3126 sowie eine senkrecht zu der Achse Z verlaufende zweite Rippe 3127 auf. Die Grundform der Staufläche 3122 ist komplex. Die dem Luftstrom zugewandte Innenfläche 3128 ist konvex, entspricht teilweise einer Zylinderform und teilweise einer Kalottenform. Während im Bereich der zweiten Rippe 3127 die Staufläche 3122 im Wesentlichen kugel- bzw. kalottenförmig ausgebildet ist, verläuft die Staufläche 3122 im Bereich der Befestigungsstellen 3123, 3124 im Wesentlichen parallel zueinander und in den Figuren 6 - 11 waagerecht. Der waagerechte Querschnitt der Ansaugluftdrosselklappe 312 ist an den Befestigungsstellen 3123, 3124 vergleichsweise klein, während er im Bereich der waagerechten zweiten Rippe 3127 am größten ist.
  • In Figur 7 ist die Ansaugluftdrosselklappe 312 in eine Ansaugluftdrossel 20 integriert, in den Figuren 8 - 11 ist die Ansaugluftdrosselklappe 312 in ein Kombiventil 30 integriert gezeigt. In den Figuren 7 und 8 ist die Innenfläche 161 des Ansaugluftkanals, der den Ansauglufteinlass 16 aufweist, teilweise aufgerissen gezeigt. Es ist in den Figuren 7 und 8 gut zu erkennen, dass sich die Ansaugluftdrosselklappe 312 in einer Kavität 162 des Ansaugluftkanals befindet. Gleichzeitig befindet sich auch die Lagerung der Ansaugluftdrosselklappe 312 im Bereich der unteren Befestigungsstelle 3124 in der Kavität 162. Die Welle 3121 der Ansaugluftdrosselklappe 312 wird im Falle des Kombiventils 30 durch eine Abtriebskurbel 122 eines Kinematikelements 100 bzw. 200 angetrieben, wie dies bereits weiter oben erläutert wurde. Im Falle einer Ansaugluftdrossel 20 kann die Welle 3121 direkt durch den Antrieb 13 angetrieben sein. Aufgrund der Tatsache, dass die Ansaugluftdrosselklappe 312 lediglich die Hälfte des Innenumfangs des Ansaugluftkanals überdeckt, ist das Risiko einer Vereisung verringert. Des Weiteren ist die senkrecht verlaufende erste Rippe 3126 in der Offenstellung der Ansaugluftdrosselklappe 312 die maßgebliche Stelle, an der eine Vereisung mit der Innenfläche 161 des Strömungskanals stattfinden kann. Im Vergleich zur Gesamtfläche der Ansaugluftdrosselklappe 312 ist diese Fläche klein und damit das Losbrechmoment ebenfalls deutlich kleiner als bei herkömmlichen Drosselklappengeometrien.
  • Während in Figur 8 die Ansaugluftdrosselklappe 312 in der Offenstellung gezeigt ist, befindet sie sich in der Figur 9 in einer teilweise geschlossenen Stauposition. Die Figuren 10 und 11 zeigen die Stauposition (Figur 10) und die Offenposition (Figur 11) aus einer anderen Ferspektive. Aufgrund der an die Innengeometrie des Ansaugluftkanals angepassten Form der Ansaugluftdrosselklappe 312 ergibt sich in der Offenposition der Figur 11 ein besonders niedriger Druckverlust, da lediglich die Welle 3121 in den Luftstrom ragt. Alle anderen Teile der Ansaugluftdrosselklappe 312, wie Lager oder die Staufläche 3122 selbst befinden sich in der Kavität 162 und damit außerhalb des Luftstroms.
  • Die Figuren 12 und 13 zeigen zwei perspektivische Ansichten eines erfindungsgemaßen Kombiventils 10. Der generelle Aufbau des Kombiventils 10 entspricht dem der zu den Figuren 1 und 8 - 11 beschriebenen Kombiventile. Gleiche oder vergleichbare Merkmale werden deshalb mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es werden zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich die Teile des Kombiventils 10 beschrieben, die für die vorliegende Erfindung relevant sind. Bei der Darstellung des Kombiventils 10 wurden Teile des Gehäuses und der Luftkanäle weggelassen um die Funktionalität besser darstellen zu können.
  • Das Kombiventil 10 weist ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 und eine Ansaugluftdrossel 12 auf. Das Niederdruck-Abgasrückführungsventil 11 ist in einem Abgaseinlasskanal 14 des Kombiventils 10 angeordnet. Die Ansaugluftdrossel 12 ist in einem Ansauglufteinlasskanal mit einem Ansauglufteinlass 16 des Kombiventils 10 angeordnet. Der Ansauglufteinlasskanal ist entlang seiner Durchströmungsrichtung geschnitten dargestellt. Die Ansaugluftdrossel 12 weist eine Ansaugluftdrosselklappe 412 auf. Die Ansaugluftdrosselklappe 412 weist eine Drosselklappenwelle 4121 sowie eine Staufläche 4122 auf. Die Staufläche 4122 ist um die Längsachse Z der Drosselklappenwelle 4121 drehbar. Bei einer Betätigung der Ansaugluftdrosselklappe 412 verändert sich die ihre Winkelstellung in dem Ansauglufteinlasskanal. Die in den Figuren 12 und 13 gezeigte Stellung entspricht einer Schließ- oder Staustellung, in der die Ansaugluftdrosselklappe 412 einen maximalen Staudruck in dem Ansauglufteinlasskanal erzeugt. Bei einer um 90° um die Längsachse Z gedrehten Stellung der Staufläche 4122 befindet sich die Ansaugluftdrosselklappe 412 in der Offenstellung und der erzeugte Staudruck ist minimal.
  • Der Umfang 4123 der Ansaugluftdrosselklappe 412 ist in seiner Geometrie der Geometrie der Innenfläche 161 des Ansauglufteinlasskanals angepasst. Zwischen der Innenfläche 161 und dem Umfang 4123 der Ansaugluftdrosselklappe 412 ist ein Spalt 4124 vorgesehen. Dabei kann bei bestimmten Ausführungsformen, wie in Figur 13 verdeutlicht, der Spalt nicht über dem gesamten Umfang 4123 der Ansaugluftdrosselklappe 412 gleichmäßig breit ausgebildet sein. In einem oberen Bereich 4125 und in einem unteren Bereich 4126 ist der Spalt besonders breit, während er in einem Zwischenbereich deutlich kleiner ausgebildet ist. Eine solche Aufteilung der Spaltbreiten ist besonders dann sinnvoll, wenn das Kombiventil eine bevorzugte Stellung einnimmt, in der eine Eisbildung zu befürchten ist. Nachdem nach der Benetzung der Staufläche 4122 und der Innenfläche 161 bilden sich einzelne Tropfen, die sich der Gravitation folgend an der Unterseite in dem Bereich 4126 sammeln werden. Folglich ist es zu erwarten, dass sich dort bevorzugt oder eine besonders große Menge Kondenswasser sammeln und im Falle einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt zu Eis erstarren wird. Ist in einem solchen Fall der Spalt an der Unterseite 4126 besonders groß, wird dies ein Losbrechen der Staufläche 4122 von der Innenfläche 161 erleichtern, im günstigen Falle bildet sich kein die beiden Oberflächen verbindender gemeinsamer Eiskörper und die Staufläche 4122 bleibt frei beweglich. Die Asymmetrie der Spaltgeometrie kann wie dargestellt im Verlauf von oben nach unten realisiert sein. Alternativ kann auch eine Links-Rechts-Asymmetrie oder andere freie Ausgestaltungen der Spaltgeometrie gewählt werden, falls andere äußere Einflüsse eine Eisbildung an anderen Stellen besonders wahrscheinlich erscheinen lässt.
  • Dieses Prinzip eines Spaltausbildung zwischen der Ansaugluftdrosselklappe und der Innenwand beziehungsweise der Innenfläche des umgebenden Luftkanals kann selbstverständlich auch mit der alternativen Ausführungsform der Klappenform der Figuren 6 - 11 oder/und mit der Ausgestaltung der Kinematikelemente 100, 200 zur besonders günstigen Kraftübertragung für ein Losbrechen der Ansaugluftdrosselklappe im Klemm/Vereisungsfall vorteilhaft kombiniert werden.
  • Die in den Figuren 8 und 9 gezeigte Ausführungsform eines Kombiventils 30 weist ein zwei-stufiges Dichtungskonzept mit mindestens drei dynamischen Dichtungen auf.
  • Eine erste Dichtung 301 befindet sich zwischen dem Ansauglufteinlasskanal und einem Kinematikraum 302.
  • In dem Kinematikraum 302 sind die beweglichen Elemente angeordnet, die zur Ansteuerung des Niederdruck-Abgasrückführungsventils 11 und der Ansaugluftdrossel 12 vorgesehen sind. Insbesondere sind in dem Kinematikraum 302 ein Kinematikelement 100, 200, eine Abtriebskurbel 122 zur Betätigung einer Ansaugluftdrosselklappe 121, 312, 412, eine Antriebskurbel 112 zur Bewegung des Kinematikelements 100, 200 angeordnet, wie sie in den vorhergehend beschriebenen Figuren exemplarisch dargestellt sind. Die erste Dichtung 301 ist eine Wellendichtung zur Abdichtung des Kinematikraums 302 gegen den Ansauglufteinlass 16 beziehungsweise den Strömungsraum zwischen dem Ansauglufteinlass 16 und dem Auslass 18 und ist insbesondere an der Drosselklappenwelle 3121, die zur Bewegung der Staufläche 3122 der Ansaugluftdrosselklappe 312 dient, angebracht.
  • Eine zweite Dichtung 303 dichtet den Kinematikraum 302 gegen den Akturatorraum 304, in welchem der Antrieb 13 angeordnet ist, ab.
  • Eine dritte Dichtung 305 dichtet den Kinematikraum 302 gegen den Bereich des Niederdruck-Abgasrückführungsventils 11 ab. Je nach Ausführung des Betätigungselements des Niederdruck-Abgasrückführungsventils 11 kann eine Wellendichtung oder eine Stangendichtung vorgesehen sein. Bei einer Ausbildung der dritten Dichtung 305 als Stangendichtung kann diese selbst zweistufig ausgebildet sein und aus einer Spaltdichtung und einer Stangendichtung aufgebaut sein. Zwischen Spaltdichtung und Stangendichtung kann die Lagerung der Stange angeordnet sein.

Claims (10)

  1. Ansaugluftdrossel (12, 20) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Ansauglufteinlass (16) sowie
    einem Auslass (18), wobei
    die Ansaugluftdrossel (12, 20) eine in dem Ansauglufteinlass (16) zwischen einer Offenstellung und einer Staustellung verschwenkbare Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) aufweist,
    wobei in der Staustellung der Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) bei einer Durchströmung des Ansauglufteinlasses (16) entlang einer Durchströmungsrichtung eine Druckdifferenz zwischen einer Anströmseite und einer Abströmseite der Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) einstellbar ist,
    wobei die Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) so dimensioniert ist, dass in der Staustellung zwischen der Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) und einer Innenfläche (161) des Ansauglufteinlasses (16) ein Spalt (4124) vorgesehen ist.
  2. Ansaugluftdrossel (12, 20) nach Anspruch 1, wobei der Spalt (4124) mindestens 2 mm breit ist.
  3. Ansaugluftdrossel (12, 20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Spalt (4124) an einer Stelle vorgesehen ist, an der aufgrund der Einbaulage der Ansaugluftdrossel (12, 20) durch die Gravitation eine Wasseransammlung zu erwarten ist.
  4. Ansaugluftdrossel (12, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spalt (4124) im Wesentlichen um den Umfang (4123) der Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) umläuft.
  5. Ansaugluftdrossel (12, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spalt (4124) an einer Stelle, insbesondere an einer Stelle, an der aufgrund der Einbaulage der Ansaugluftdrossel (12, 20) durch die Gravitation eine Wasseransammlung zu erwarten ist, vergleichsweise breiter als auf benachbarten Abschnitten des Umfangs der Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) oder als auf dem übrigen Umfang der Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) ausgeführt ist.
  6. Ansaugluftdrossel (12, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spalt (4124) auch in der Offenstellung und/oder in einer Zwischenstellung zwischen der Staustellung und der Offenstellung vorgesehen ist.
  7. Ansaugluftdrossel (12, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Durchströmungsrichtung wirksame Fläche des Spalts (4124) 10 % der Fläche der Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) beträgt.
  8. Ansaugluftdrossel (12, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere Umfangsabschnitte (4125, 4126) mit Spalt (4124) vorgesehen sind.
  9. Ansaugluftdrossel (12, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spalt (4124) einen Leerlaufmassenstrom von 10 kg/h oder mehr zulässt.
  10. Kombiventil (10, 30) mit Niederdruck-Abgasrückführungsventil (11) und Ansaugluftdrossel (12, 20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 für einen Verbrennungsmotor, mit einem Abgaseinlass (14), wobei
    zwischen dem Abgaseinlass (14) und dem Auslass (18) das Niederdruck-Abgasrückführungsventil (11) angeordnet ist und in dem Ansauglufteinlass (16), insbesondere in Strömungsrichtung eines Ansaugluftstromes vor einer Einmündung des Abgaseinlasses (14) die Ansaugluftdrosselklappe (121, 312, 412) der Ansaugluftdrossel (12, 20) positioniert ist.
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