EP3095997A1

EP3095997A1 - Heissgasregelventil

Info

Publication number: EP3095997A1
Application number: EP16165779.6A
Authority: EP
Inventors: Peter Foessl; Bernhard Ramsebner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2036-04-18
Also published as: EP3095997B1; DE102015209512A1

Abstract

Ein Heißgasregelventil (10), insbesondere Abgasregelventil, hat ein Gehäuse (12) und einen an einer Ventilstange (14) angeordneten Absperrkörper (16), wobei die Ventilstange (14) gehäuseseitig gelagert ist und bei Betätigung des Absperrkörpers (16) eine Drehbewegung ausführt. Im Bereich des Gehäuses (12) ist wenigstens eine der Ventilstange (14) zugewandte, nahe der Oberfläche der Ventilstange (14) endende Schabekante (30) vorhanden zum Abschaben von sich auf dem im ausgefahrenen Zustand der Ventilstange (14) dem Heißgas ausgesetzten Abschnitt der Ventilstange (14) befindlichen Ablagerungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heißgasregelventil, insbesondere ein Abgasregelventil eines Fahrzeugs.
Ein solches Heißgasregelventil wird z.B. als Abgasrückführventil in einem Abgasrückführsystem eines Verbrennungsmotors eingesetzt. In Verbrennungsmotoren werden bei hohen Verbrennungstemperaturen umweltschädliche Stickoxide gebildet, deren Entstehung reduziert werden kann, indem ein Teil des Abgases über ein Abgasrückführventil aus der Abgasleitung abgezweigt und der dem Motor zugeführten Frischluft beigemischt wird, um so die Sauerstoffkonzentration in der Ladeluft zu senken. Daraus resultiert ein Verbrennungsprozess bei niedrigeren Temperaturen, bei dem weniger Stickoxide entstehen. Eine noch höhere Effektivität in der Stickoxidreduzierung erhält man, wenn das rückgeführte Abgas gekühlt wird.
Insbesondere bei Dieselmotoren ist die Abgasrückführung eine entscheidende Maßnahme zur Senkung der Stickoxidemission, da der Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen allein zur Einhaltung umweltgesetzlicher Vorgaben nicht ausreichend ist.
Üblicherweise sind Abgasrückführventile nahe dem Auspuffkrümmer angebracht und werden folglich im heißen Abgasstrom bei Temperaturen von bis zu 850 °C betrieben. Zudem stellen Kontaminationen im Abgas wie etwa Rußpartikel, Motorölreste oder Dieselbestandteile erhöhte Anforderungen an das Ventil hinsichtlich gleichbleibender Funktion über die gesamte Fahrzeuglebensdauer, da sich diese Verbrennungsrückstände im Laufe der Zeit an den gasführenden Komponenten des Ventils ablagern.
Besonders schwerwiegend sind Verunreinigungen durch Kondensat- und Feststoffeinträge, die sich im Lagerbereich einer den Absperrkörper tragenden Ventilstange absetzen, da diese einen Lagerspalt zwischen der Ventilstange und dem Ventillager deutlich verringem können. Dies erhöht die Lagerreibung, wodurch das Ventil mit der Zeit immer schwergängiger wird, was letztendlich sogar zum Blockieren der Ventilstange und damit zum Ausfall des Bauteils führen kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Heißgasregelventil bereitzustellen, bei dem insbesondere der Lagerbereich einer beweglichen Ventilstange vor übermäßiger Verunreinigung geschützt ist.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein Heißgasregelventil, insbesondere Abgasregelventil, vorgesehen, mit einem Gehäuse und einem an einer Ventilstange angeordneten Absperrkörper, wobei die Ventilstange gehäuseseitig gelagert ist und bei Betätigung des Absperrkörpers eine Drehbewegung ausführt und wobei im Bereich des Gehäuses wenigstens eine der Ventilstange zugewandte, nahe der Oberfläche der Ventilstange endende Schabekante vorhanden ist zum Abschaben von sich auf dem im ausgefahrenen Zustand der Ventilstange dem Heißgas ausgesetzten Abschnitt der Ventilstange befindlichen Ablagerungen. Bei einer Drehung der Ventilstange werden also Verbrennungsrückstände, die sich auf der Ventilstange abgesetzt haben, an der Schabekante abgeschabt, wodurch insbesondere ein Lager der Ventilstange, das z.B. durch eine Durchführung im Gehäuse gebildet sein kann, vor übermäßigem Kondensat- und Feststoffeintrag geschützt ist. Dies gewährleistet die gleichbleibende Funktion des Ventils über die gesamte Fahrzeuglebensdauer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein gehäuseseitiges Ventillager vorgesehen, das insbesondere als Gleitlagerbuchse ausgeführt ist. Diese ist z.B. in eine Bohrung im Ventilgehäuse eingesetzt.
Es versteht sich von selbst, dass für Ventillager und Ventilstange eine reibungsarme Werkstoffpaarung verwendet wird, etwa eine Bronzelegierung für das Ventillager in Kombination mit einer Ventilstange aus Stahl.
Eine fertigungstechnisch einfache Lösung ergibt sich dadurch, dass vorzugsweise die wenigstens eine Schabekante an dem dem Absperrkörper zugewandten Ende des Ventillagers angeordnet ist.
Alternativ kann die Schabekante auch direkt am Gehäuse vorgesehen oder in einem dem Absperrkörper zugewandten Bereich auf das Gehäuse aufgesetzt sein.
Bevorzugt ist die wenigstens eine Schabekante im Bereich einer Ausnehmung im Ventillager angeordnet. Die Ausnehmung kann dann die abgeschabten Stoffe aufnehmen.
Insbesondere ist die wenigstens eine Schabekante durch eine Kante der Ausnehmung gebildet, d. h. die Schabekante steht gegenüber einer Innenwand des Ventillagers nicht vor.
Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Ausnehmung in das Ventillager eingefräst ist. Hierzu kann ein Stirnwalzen- oder Fingerfräser bzw. ein Scheiben- oder Sichelfräser verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Ventillager einen zum Absperrkörper weisenden Buchsenabschnitt, der zumindest einen radial durchgehenden Schlitz aufweist, dessen radial innenseitiger Rand die Schabekante bildet. Dabei bildet der Schlitz, der in Radialrichtung gesehen als eckiges U, T oder als V ausgeführt sein kann, zusätzlich eine Ausnehmung im Ventillager, die die abgeschabten Stoffe aufnehmen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Ventillager zum Absperrkörper hin radial von einem gehäuseseitigen Hitzeschild umgeben. Dieser ist vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt und dient zugleich als Grobschmutzkappe. Alternativ kann der Hitzeschild ein einstückig angeformter Fortsatz des Gehäuses sein.
Eine auf den jeweiligen Anwendungsfal abgestimmte optimale Reinigungswirkung lässt sich erzielen, wenn die wenigstens eine Schabekante parallel oder schräg zur Längsachse der Ventilstange angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Antriebseinheit mit einer Abtriebsachse vorgesehen, wobei die Ventilstange eine direkte Verlängerung der Abtriebsachse bildet. Auf diese Weise wird eine besonders kompakte Bauweise erreicht.
Insbesondere kann die Ventilstange eine Gewindespindel aufweisen, die eine Drehbewegung der Ventilstange zumindest teilweise in eine lineare Bewegung des Absperrkörpers umwandelt. Ein solches Ventil findet beispielsweise als Hochdruck-Abgasrückführventil, VNT-Steller (VNT = Variable Nozzle Turbocharger) oder Umschaltklappe Anwendung.
Alternativ kann das Heißgasregelventil auch so ausgebildet sein, dass der Absperrkörper rotatorisch betätigt wird, etwa bei einer Drallklappe, Drosselklappe oder einem Niederdruck-Abgasrückführventil.
In einer Weiterbildung der Erfindungweist das Ventillager einen Abschnitt auf, in dem eine der Ventilstange zugewandte zylindrische Aussparung vorgesehen ist, die insbesondere als Freistich ausgeführt ist. Diese Aussparung dient der Vergrößerung des Lagerspalts zwischen dem Ventillager und der Ventilstange, wodurch auf konstruktiv einfache Weise eine Reibungserhöhung infolge von nicht gänzlich vermeidbaren Ablagerungen im Lagerbereich der Ventilstange minimiert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

Figur 1 eine Perspektivansicht eines Heißgasregelventils gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 einen Halbschnitt durch einen Teil des Heißgasregelventils aus Figur 1; und
Figur 3 einen Halbschnitt durch einen Teil eines Heißgasregelventils gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Heißgasregelventil 10, bei dem es sich insbesondere um ein Abgasregelventil für ein Abgasrückführsystem eines Fahrzeugverbrennungsmotors handelt
Das Heißgasregelventil 10 weist ein zweiteilig ausgeführtes Gehäuse 12 sowie eine gehäuseseitig gelagerte Ventilstange 14 auf, an der ein Absperrkörper 16 angeordnet ist, der hier als Ventilteller ausgeführt ist und, wie in Figur 1 angedeutet, zumindest zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung hin und her bewegt werden kann.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, weist die Ventilstange 14 eine Gewindespindel 18 auf und ist in einem gehäuseseitigen Ventillager 20 gelagert, das als Gleitlagerbuchse ausgeführt und in einer Bohrung 22 des Gehäuses 12 angeordnet ist.
Die Ventilstange 14 bildet dabei eine direkte Verlängerung einer Abtriebsachse einer Antriebseinheit 24 in Form eines elektrischen Antriebs (siehe Figur 1), der bei Betätigung die Ventilstange 14 in Drehung versetzt. Durch die Gewindespindel 18 wird diese Drehbewegung der Ventilstange 14 zumindest teilweise in eine lineare Bewegung des Absperrkörpers 16 umgewandelt.
Im Bereich des Gehäuses 12 ist in einem zum Absperrkörper 16 weisenden Buchsenabschnitt 26 des Ventillagers 20 eine Ausnehmung 28 in Form eines radial durchgehenden Schlitzes vorgesehen, wobei die radial innenseitigen Ränder bzw. Kanten des Schlitzes bzw. der Ausnehmung 28 je eine Schabekante 30 bilden (Figur 2). Die Schabekanten 30 enden nahe der Oberfläche der Ventilstange 14 und dienen zum Abschaben von Ablagerungen, die sich im ausgefahrenen Zustand der Ventilstange 14 auf dem dem Heißgas ausgesetzten Abschnitt der Ventilstange 14 absetzen. Die Schabekanten 30 sind somit an dem dem Absperrkörper 16 zugewandten Ende des Ventillagers 20 angeordnet Die Ausnehmung 28 ist in das Ventillager 20 eingefräst, beispielsweise mit einem Stirnwalzen- oder Fingerfräser, und hat die Form eines eckigen U. Die Schabekanten 30 verlaufen somit parallel zur Längsachse L der Ventilstange 14. Natürlich kann auch der senkrecht zur Längsachse L verlaufende Rand des Schlitzes, der den unteren Teil des eckigen U bildet, eine Schabekante 30 darstellen.
Alternativ zur gezeigten Ausgestaltung könnte die Ausnehmung 28 auch nur auf der der Ventilstange 14 zugewandten Innenseite des Ventillagers 20 vorgesehen sein, also nicht radial durchgehend ausgestaltet sein. Die gezeigte Ausgestaltung mit dem radial durchgehenden Schlitz ist jedoch fertigungstechnisch einfacher zu realisieren.
Weiterhin ist ein Hitzeschild 32 vorgesehen, der als Kappe z.B. aus Edelstahl ausgeführt ist und das Ventillager 20 zum Absperrkörper 16 hin radial umgibt. Der Hitzeschild 32 dient zugleich als Grobschmutzkappe, die einen Eintrag von Verunreinigungen aus dem Abgas in das Ventillager 20 verringert.
Um das Reibungsverhaften der Ventilstange 14 im Ventillager 20 weiter zu verbessern, weist das Ventillager 20 auf der dem Absperrkörper 16 abgewandten Seite einen Abschnitt 34 auf, in dem eine in Figur 2 nur angedeutete, der Ventilstange 14 zugewandte zylindrische Aussparung 36 vorgesehen ist. Diese ist insbesondere als Freistich ausgeführt. Durch die innenliegende Aussparung 36 wird der Lagerspalt zwischen dem Ventillager 20 und der Ventilstange 14 vergrößert, wodurch eine Reibungserhöhung infolge von unvermeidbaren Ablagerungen minimiert wird.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Heißgasregelventils 10, die sich von der bisher beschriebenen nur dadurch unterscheidet, dass die Ausnehmung 28 bzw. der radial durchgehende Schlitz in Form eines V ausgeführt ist, wodurch die Schabekanten 30 schräg zur Längsachse L der Ventilstange 14 angeordnet sind. Ein derartiger Schlitz kann beispielsweise mit einem Scheiben- oder Sichelfräser in das Ventillager 20, genauer den Buchsenabschnitt 26, eingefräst werden.

Claims

Heißgasregelventil, insbesondere Abgasregelventil, mit einem Gehäuse (12) und einem an einer Ventilstange (14) angeordneten Absperrkörper (16), wobei die Ventilstange (14) gehäuseseitig gelagert ist und bei Betätigung des Absperrkörpers (16) eine Drehbewegung ausführt, und wobei im Bereich des Gehäuses (12) wenigstens eine der Ventilstange (14) zugewandte, nahe der Oberfläche der Ventilstange (14) endende Schabekante (30) vorhanden ist zum Abschaben von sich auf dem im ausgefahrenen Zustand der Ventilstange (14) dem Heißgas ausgesetzten Abschnitt der Ventilstange (14) befindlichen Ablagerungen.
Heißgasregelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein gehäuseseitiges Ventillager (20) vorgesehen ist, das insbesondere als Gleitlagerbuchse ausgeführt ist.
Heißgasregelventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schabekante (30) an dem dem Absperrkörper (16) zugewandten Ende des Ventillagers (20) angeordnet ist.
Heißgasregelventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schabekante (30) im Bereich einer Ausnehmung (28) im Ventillager (20) angeordnet ist.
Heißgasregelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schabekante (30) durch eine Kante der Ausnehmung (28) gebildet ist
Heißgasregelventil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (28) in das Ventillager (20) eingefräst ist.
Heißgasregelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventillager (20) einen zum Absperrkörper (16) weisenden Buchsenabschnitt (26) hat, der zumindest einen radial durchgehenden Schlitz aufweist, dessen radial innenseitiger Rand die Schabekante (30) bildet.
Heißgasregelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventillager (20) zum Absperrkörper (16) hin radial von einem gehäuseseitigen Hitzeschild (32) umgeben ist.
Heißgasregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schabekante (30) parallel oder schräg zur Längsachse (L) der Ventilstange (14) angeordnet ist.
Heißgasregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinheit (24) mit einer Abtriebsachse vorgesehen ist, wobei die Ventilstange (14) eine direkte Verlängerung der Abtriebsachse bildet.
Heißgasregelventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilstange (14) eine Gewindespindel (18) aufweist, die eine Drehbewegung der Ventilstange (14) in eine lineare Bewegung des Absperrkörpers (16) umwandelt.
Heißgasregelventil nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventillager (20) einen Abschnitt (34) aufweist, in dem eine der Ventilstange (14) zugewandte zylindrische Aussparung (36) vorgesehen ist, die insbesondere als Freistich ausgeführt ist.