EP3387245A1 - Regelvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Regelvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine

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EP3387245A1
EP3387245A1 EP16795065.8A EP16795065A EP3387245A1 EP 3387245 A1 EP3387245 A1 EP 3387245A1 EP 16795065 A EP16795065 A EP 16795065A EP 3387245 A1 EP3387245 A1 EP 3387245A1
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EP
European Patent Office
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exhaust gas
gas recirculation
internal combustion
combustion engine
intake passage
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EP16795065.8A
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Dirk VIERKOTTEN
Maximilian Flender
Christian Vigild
Andreas Kuske
Franz Arnd Sommerhoff
Jörg Kemmerling
Helmut Kindl
Vanco Smiljanovski
Hanno Friederichs
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Pierburg GmbH
Ford Werke GmbH
Original Assignee
Pierburg GmbH
Ford Werke GmbH
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    • F02D2009/0276—Throttle and EGR-valve operated together

Definitions

  • the throttle flap is closed to the same extent when the exhaust gas recirculation valve is opened, which in addition to the increase in the free cross section of the exhaust gas recirculation channel also results in an increase in the pressure gradient in the exhaust gas recirculation channel, whereby the proportion of exhaust gas is increased compared to the intake air quantity ,
  • the guide ribs are preferably formed such that the exhaust gas stream can be introduced into a defined region of the intake duct. This may depend on the training and subsequent channel guides. Depending on the combustion engine, either a good mixing, a layer flow, straight or swirl flows may be desired. Depending on the required flow, a corresponding position of the guide ribs can be formed to improve the engine performance.
  • a control device is provided with which both the air mass flow in the intake passage and the exhaust gas mass flow of the exhaust gas recirculation loop can be regulated, wherein at the same time the performance of a subsequent compressor for charging an internal combustion engine is optimized by improved flow guidance.
  • the flow guidance can be adapted by the guide ribs to the respective requirements of the internal combustion engine or to the existing required inflow conditions of the compressor used.
  • the mouth 14 of the exhaust gas recirculation passage 16 projects laterally into an opening 26 of the mixing housing 20 and is formed as a separate housing part.
  • the mixing housing 20 forms an extension of the intake passage 12, which in turn subsequently opens into the axial inlet of the compressor housing.
  • a shaft 28 is rotatably mounted about an axis of rotation 30, which can be actuated via an actuator 32.
  • the axis of rotation 30 of this shaft 28 is disposed perpendicular to the center axes of the intake passage 12 and the exhaust gas recirculation passage 16 and is located between the mouth 14 of the exhaust gas recirculation passage 16 at the upstream end of the exhaust gas recirculation passage 16 and the axial end of the intake housing 18 at the exhaust gas recirculation passage 16 shrewd side.
  • the flow cross section of the intake housing 18 is smaller than that of the mixing housing 20, wherein the suction housing 18 is fixed to the mixing housing 20 so that a recess 34 formed downstream of the mouth 14 of the exhaust gas recirculation passage 16 is disposed in the flow shadow of the air flow from the suction housing 18, in which the shaft 28 penetrates the mixing housing 20 ,
  • these guide ribs 52 extend parallel to each other and perpendicular to the shaft 28. They are either cohesively connected to the flap 38 or made in one piece with this. If the control body 36 consisting of the flap 38, the guide ribs 52, the closing element 42 and the coupling element 40 is now in the position shown in FIG. 1, the exhaust gas flow is rectified and introduced into the air flow, so that a uniform, slowly running mixing without greater turbulence and consequent low pressure loss takes place. This low flow resistance causes a large amount of mixed gas to be supplied to the compressor via the compressor inlet, thereby increasing the power of the following internal combustion engine.
  • FIG. 2 c shows another possible embodiment of the guide ribs 52 on the surface 50.
  • the distance between these guide ribs 52 decreases with increasing distance from the shaft 28. This means that the guide ribs 52 have an inclination to one another.
  • the exhaust stream is concentrated centrally. Any other bundling to another location of the intake passage 12 would be conceivable with such a version, wherein the central introduction of the exhaust gas flow has the advantage that the hot and steam-transporting exhaust gas flow is introduced into an area in which it is not passed directly to the depending on the ambient conditions may cold walls 56 of the intake duct 12. Accordingly, an optionally occurring condensation of the water is significantly reduced, which in turn prevents damage to the blades of the compressor.
  • the guide ribs 52 are again formed perpendicular to the axis of rotation 30, but they are located on a concave in cross-section surface 58, which means that the exhaust stream is not passed directly into the air stream, but in the Mixed housing 20 creates a layer flow through which too rapid cooling of the exhaust gas stream can be prevented by mixing with an optionally cold air flow.
  • the described control device is thus suitable for the very exact metering of an exhaust gas mass flow into an air mass flow and for exact control of the air mass flow with only one actuator, the flows can be directed almost arbitrarily by the use of guide ribs on the second surface of the flap to the performance of To optimize internal combustion engine or the performance of a downstream compressor, without having to use further installations.
  • the exhaust gas stream can be rectified, bundled or acted upon by a corresponding arrangement of the ribs.
  • it can either be kept away from the airflow or be routed directly into it.
  • flow resistances or condensation of the exhaust gas can be influenced.
  • the scope of the present application is not limited to the embodiment described.
  • Various versions of the position of the guide ribs are also conceivable, as well as different shapes of the surfaces of the flap.

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Abstract

Regelvorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Ansaugkanal (12), einem Abgasrückführkanal (16), der in den Ansaugkanal (12) mündet, einem Gehäuse (10), in dem der Ansaugkanal (12) und der Abgasrückführkanal (16) ausgebildet sind und einer als Drehachse (30) dienenden Welle (28), auf der ein Regelkörper (36) exzentrisch gelagert ist, und die senkrecht zu den Mittelachsen des Ansaugkanals (12) und des Abgasrückführkanals (16) angeordnet ist, wobei in einer ersten Endposition, in der der Ansaugkanal (12) stromaufwärts einer Mündung des Abgasrückführkanals (16) zumindest gedrosselt ist, ein Normalenvektor einer ersten Oberfläche (44) des Regelkörpers (36) zur stromaufwärtigen Seite des Ansaugkanals (12) weist und in einer zweiten Endposition, in der der Abgasrückführkanal (16) verschlossen ist, ein Normalenvektor einer zweiten Oberfläche (50) des Regelkörpers (36) zum Abgasrückführkanal (16) weist, sind bekannt. Diese weisen jedoch den Nachteil auf, dass eine Einleitung des Abgases die Strömung stört und so zu erhöhtem Kondensatausfall und erhöhten Strömungswiderständen führt. Um dieses Problem zu lösen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass auf der zweiten Oberfläche (50) Leitrippen (52) ausgebildet sind, entlang derer ein Abgasstrom beim Öffnen des Abgasrückführkanals (16) in den Ansaugkanal (12) strömt.

Description

B E S C H R E I B U N G
Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal, einem Abgasrückführkanal, der in den Ansaugkanal mündet, einem Gehäuse, in dem der Ansaugkanal und der Abgasrückführkanal ausgebildet sind, einer als Drehachse dienenden Welle, auf der ein Regelkörper exzentrisch gelagert ist, und die senkrecht zu den Mittelachsen des Ansaugkanals und des Abgasrückführkanals angeordnet ist, wobei in einer ersten Endposition, in der der Ansaugkanal stromaufwärts einer Mündung des Abgasrückführkanals zumindest gedrosselt ist, ein Normalenvektor einer ersten Oberfläche des Regelkörpers zur stromaufwärtigen Seite des Ansaugkanals weist und in einer zweiten Endposition, in der der Abgasrückführkanal verschlossen ist, ein Normalenvektor einer zweiten Oberfläche des Regelkörpers zum Abgasrückführkanal weist.
Derartige Regelvorrichtungen werden in Verbrennungskraftmaschinen genutzt, um den in einen Zylinder eines Verbrennungsmotors einzuleitenden Gasstrom bezüglich seiner Zusammensetzung von zurückgeführten Abgasmengen oder frisch angesaugten Luftmengen zu steuern. Je nach Betriebszustand des Verbrennungsmotors sind zur Erreichung minimaler Abgaswerte und maximaler Leistungswerte unterschiedliche Mischungsverhältnisse einzustellen.
Für eine Regelung können entweder zwei getrennte Ventile verwendet werden, wobei dann auch eine Gesamtmengenregelung über die beiden Ventile möglich ist oder diese Regelventile enthalten zwei Ventilkörper, die über eine gemeinsame Stellvorrichtung betätigt werden, so dass lediglich das Gemisch verändert wird. Diese Ausführung wird insbesondere bei aufgeladenen Motoren, bei denen die Gesamtansaugmenge über die Leistung des Verdichters gesteuert werden kann, genutzt. Um eine entsprechende Regelvorrichtung noch kleiner ausführen zu können, ist es auch bekannt, statt zweier Regelkörper lediglich einen Regelkörper zu verwenden, der mit beiden Kanälen zusammenwirkt. Bei diesen Ausführungen mündet der Abgasrückführkanal üblicherweise unmittelbar stromabwärts der als Drosselventil dienenden Klappe in den Luftansaugkanal. Bei gewünschter Erhöhung der Abgasrückführrate wird dann mit Öffnen des Abgasrückführventils in gleichem Maße die Drosselklappe geschlossen, was neben der Erhöhung des freien Querschnitts des Abgasrückführkanals auch eine Erhöhung des Druckgefälles im Abgasrückführkanal zur Folge hat, wodurch der Anteil des Abgases im Vergleich zur angesaugten Luftmenge erhöht wird.
Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in der DE 10 2012 101 851 B4 offenbart, bei der zwei parallel angeordnete Klappen über eine gemeinsame Drehwelle betätigt werden, so dass mit Drehung der beiden Klappen sich die erste Klappe vom Ventilsitz des Luftansaugkanals entfernt, während sich die zweite Klappe dem Ventilsitz des Abgasrückführkanals, der senkrecht zum Ventilsitz des Luftansaugkanals angeordnet ist, nähert, bis der Luftansaugkanal vollständig geöffnet ist und der Abgasrückführkanal vollständig verschlossen ist. Sowohl für die den Abgasrückführkanal beherrschende zweite Klappe als auch für die den Luftansaugkanal beherrschende erste Klappe sind die Ventilsitze jeweils als Anschläge ausgebildet, gegen die die Klappen in ihrer den jeweiligen Kanal verschließenden Stellung umfänglich aufliegen. Die Drehwelle ist an einer Gehäusewand zwischen der Mündung des Abgasrückführkanals und dem Ventilsitz im Luftansaugkanal angeordnet, so dass die Strömung nicht durch die Welle beeinflusst wird. Im Bereich der Mündung des Abgasrückführkanals ist zusätzlich ein Drallerzeuger angeordnet, über den dem Abgasstrom zur Verbesserung der Durchmischung mit dem Luftstrom ein Drall aufgeprägt wird.
Zusätzlich ist aus der US 2009/0283076 AI eine Klappe bekannt, die in einem Ansaugkanal angeordnet ist und in deren Innern ein Kanal ausgebildet ist, der mit Abgas durchströmt wird, welches am zur Welle entgegengesetzten Klappenende in den Luftstrom eingeleitet wird. Durch diese Anordnung wird eine gute Durchmischung der beiden Gasströme erreicht, jedoch ist sowohl die Herstellung der Klappe sehr aufwendig als auch der Anschluss des Abgasrückführkanals zum Klappeninnern nicht leckagefrei möglich. Eine Regelung der zurückgeführten Abgasmenge ist mit dieser Klappe nicht möglich.
Auch ist aus der DE 10 2006 051 987 B4 eine zentrisch gelagerte Regelklappe bekannt, auf deren Oberfläche mehrere senkrecht zur Klappenwelle verlaufende Rippen ausgebildet sind, die dazu dienen, den Gasstrom zu begradigen.
Durch diese bekannten Anordnungen wird zwar eine gute Regelung des Abgasrückführsystems bei Minimierung der Kosten und Bauteile erreicht, jedoch hat es sich gezeigt, dass insbesondere bei Niederdruckabgasrückführsystemen, durch bei der Mischung des Abgasstroms mit dem Luftstrom entstehende Turbulenzen, die Leistung des nachgeschalteten Verdichters des Turboladers oder eines elektrischen Verdichters negativ beeinflusst wird. Des Weiteren können Probleme aufgrund von Kondensation entstehen, falls der feuchte Abgasstrom direkt in den kalten Luftstrom oder gegen kalte Leitungswände geleitet wird. Diese im Gasstrom entstehenden Kondensate können ebenfalls Schäden am Verdichter verursachen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mit der bei guter Regelbarkeit des Luftstroms und des Abgasstroms im Vergleich zu bekannten Ausführungen eine Leistungssteigerung eines nachgeschalteten Verdichters erreichbar ist und Schäden aufgrund von auftretender Kondensation zuverlässig vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Dadurch, dass auf der zweiten Oberfläche Leitrippen ausgebildet sind, entlang derer ein Abgasstrom beim Öffnen des Abgasrückführkanals in den Ansaugkanal strömt, kann der zurückgeführte Abgasstrom gerichtet in den Ansaugkanal geleitet werden. Je nach Ausführung und Anordnung der Leitrippen kann hierdurch sowohl eine Kondensation des Wassers im Abgas vermieden werden als auch eine Leistungsminderung des Verdichters durch eine schlechte Anströmung des Laufrades und entstehende Strömungswiderstände aufgrund auftretender Turbulenzen verhindert werden.
Vorzugsweise ist im Ansaugkanal ein erster Ventilsitz ausgebildet, an dem der Regelkörper mit seiner ersten Oberfläche in seiner ersten Endposition anliegt. Durch eine derartige axiale Auflage der Oberfläche auf dem Ventilsitz wird ein beinahe leckagefreier Verschluss des Ansaugkanals erreicht.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn an der Mündung des Abgasrückführkanals ein zweiter Ventilsitz ausgebildet ist, gegen den die zweite Oberfläche des Regelkörpers in seiner zweiten Endposition mit einem leitrippefreien Bereich anliegt. So kann auch der Abgasrückführkanal trotz der Leitrippen sehr gut abgedichtet verschlossen werden, indem zur axialen Auflage der Oberfläche auf dem Ventilsitz ein Bereich genutzt wird, an dem keine Leitrippen ausgebildet sind. In einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung weist der Regelkörper eine exzentrisch auf der Welle befestigte Klappe mit der ersten und der zweiten Oberfläche und ein Koppelglied auf, dass sich von der zweiten Oberfläche aus erstreckt und an dem ein Schließglied ausgebildet ist, welches mit dem zweiten Ventilsitz zusammenwirkt, wobei sich die Leitrippen von der zweiten Oberfläche bis maximal zum Schließglied erstrecken.
Die Leitrippen erstrecken sich vorteilhafterweise parallel zueinander entlang der zweiten Oberfläche, wodurch ein Gleichrichten des Abgasstroms erfolgt, was zu geringen Druckverlusten führt und es ermöglicht, den Abgasstrom gezielt auszurichten.
In einer hierzu weiterführenden vorteilhaften Ausführungsform erstrecken sich die Leitrippen senkrecht zur Drehachse des Regelkörpers. Der Abgasstorm wird somit bei geringen Druckverlusten gezielt gerade in den Luftstrom eingeführt. Somit kann der Mischgasstrom parallel und gerade in einen nachfolgenden Verdichtereinlass eingeführt werden, wodurch dessen Wirkungsgrad erhöht wird.
Alternativ ist es möglich, dass sich die Leitrippen unter einem festen Winkel zur Drehachse des Regelkörpers angestellt erstrecken. Durch eine derartige Ausführung kann dem Abgasstrom ein Winkel zur Hauptströmungsrichtung der Luft aufgezwungen werden, wodurch eine spiralförmige Strömung zur Leistungsverbesserung am Eingang des Verdichters erzeugt werden kann.
Eine noch stärkere Spiralströmung bei verringertem Druckverlust wird erzielt, indem die Leitrippen mit wachsendem Abstand zur Drehachse eine wachsende Neigung zu einer Senkrechten auf die Drehachse aufweisen. Alternativ ist es vorteilhaft, die Leitrippen in Erstreckungsrichtung von der Drehachse aus zum von der Drehachse entfernten Ende zueinander geneigt auszubilden. Dies bedeutet, dass durch die Rippen eine Art Fächer aufgespannt wird, dessen schmales Ende an der von der Welle entfernten Seite der Klappe ausgebildet ist. Auf diese Weise wird das Abgas gebündelt und kann gezielt beispielswiese in wandentfernte Bereiche eingeleitet werden, wodurch die auftretende Kondensation von Wasser aus dem Abgas bei kalten Rohrwänden verringert werden kann, wodurch die Lebensdauer des Verdichter erhöht wird.
Vorzugsweise ist die zweite Oberfläche gewölbt ausgebildet. Eine derartige Wölbung dient ebenfalls zur Leitung des Abgasstroms in einen gewünschten Bereich. So ergibt sich beispielswiese bei einer konvexen Ausbildung eine Einleitung in den Luftstrom, bei einer konkaven Ausbildung der Wölbung eine Einleitung ohne große Durchmischung mit dem Luftstrom in den Strömungsschatten der Klappe. Die Wölbung wird entsprechend ebenfalls genutzt, um den Abgasstrom bei möglichst geringem Druckverlust in gewünschte Bereiche des Kanals zu leiten.
Entsprechend sind die Leitrippen vorzugsweise derart ausgeformt, dass der Abgasstrom in einen definierten Bereich des Ansaugkanals einleitbar ist. Dies kann von der Ausbildung und folgenden Kanalführungen abhängig sein. Je nach Verbrennungsmotor kann entweder eine gute Durchmischung, eine Schichtenströmung, gerade oder Drallströmungen gewünscht sein. Je nach geforderter Strömung kann zur Verbesserung der Motorleistung eine entsprechende Stellung der Leitrippen ausgebildet werden.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn eine durch den ersten Ventilsitz aufgespannte Ebene zu einer durch den zweiten Ventilsitz aufgespannte Ebene einen Winkel von 70° bis 80° einschließt. Ein derartiger kleinerer Stellwinkel führt dazu, dass über den gesamten Stellbereich der Luft- und der Abgasstrom bei Drehung der Klappe ebenfalls geändert werden. In diesem Stellbereich bleibt somit die Steigung der Regelkurve im Wesentlichen unverändert.
Vorzugsweise weist der erste Ventilsitz einen geringeren Umfang auf als der zum ersten Ventilsitz stromabwärtige Abschnitt des Ansaugkanals und der Regelkörper in seiner den Abgasrückführkanal verschließenden zweiten Endposition in einer Ausnehmung im Ansaugkanal eintaucht, die im Strömungsschatten des stromaufwärtigen Abschnitts des Ansaugkanals angeordnet ist. Dies bedeutet, dass bei geöffnetem Ansaugkanal kein Strömungswiderstand durch die Klappe vorhanden ist, so dass der Verdichter mit einem größeren Luftstrom versorgt wird. Zusätzlich wird der Kanal durch die anliegende Klappe im Wesentlichen verlängert, so dass eine Wirbelbildung hinter dem Ventilsitz, die ebenfalls zu Strömungsverlusten führen würde, auch verhindert wird.
Es wird somit eine Regelvorrichtung geschaffen, mit der sowohl der Luftmassenstrom im Ansaugkanal als auch der Abgasmassenstrom des Abgasrückführkreises regelbar ist, wobei gleichzeitig die Leistung eines nachfolgenden Verdichters zur Aufladung eines Verbrennungsmotors durch verbesserte Strömungsführung optimiert wird. Die Strömungsführung kann durch die Leitrippen an die jeweiligen Erfordernisse des Verbrennungsmotors beziehungsweise an die vorhandenen geforderten Einströmbedingungen des verwendeten Verdichters angepasst werden. Durch das Verhindern einer Kondensation des mit dem Abgas geförderten Wasserdampfes werden Schäden am Verdichter und insbesondere an dessen Berippung verhindert.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung in geschnittener Darstellung. Die Figuren 2 a) bis d) zeigen schematisch mögliche Anordnungen der Leitrippen einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 10, welches einen Ansaugkanal 12 begrenzt und an dem eine Mündung 14 eines Abgasrückführkanals 16 ausgebildet ist. Der Ansaugkanal 12 verläuft im Wesentlichen in gerader Richtung zu einem nicht dargestellten axialen Einlass eines Verdichtergehäuses eines Turboladers, während der Abgasrückführkanal 16 etwa senkrecht zum Ansaugkanal 12 in diesen mündet.
Das Gehäuse 10 besteht aus einem ersten im Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten Ansauggehäuse 18, dessen stromabwärtiges Ende schräg ausgebildet ist und einen Winkel a von etwa 80° zu einer Mittelachse des Ansaugkanals 12 einschließt. Dieses Ansauggehäuse 18 ragt mit diesem stromabwärtigen Ende in ein Mischgehäuse 20, beziehungsweise wird in das Mischgehäuse 20 bis zur Anlage eines Flansches 22 eingeschoben, über den das Ansauggehäuse 18 mittels Schrauben 24 am Mischgehäuse 20 befestigt ist.
Die Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 ragt seitlich in eine Öffnung 26 des Mischgehäuses 20 und ist als separates Gehäuseteil ausgebildet. Das Mischgehäuse 20 bildet eine Verlängerung des Ansaugkanals 12, der wiederum im Folgenden in den axialen Einlass des Verdichtergehäuses mündet. Im Mischgehäuse 20 ist eine Welle 28 um eine Drehachse 30 drehbar gelagert, die über einen Aktor 32 betätigt werden kann. Die Drehachse 30 dieser Welle 28 ist senkrecht zu den Mittelachsen des Ansaugkanals 12 und des Abgasrückführkanals 16 angeordnet und befindet sich zwischen der Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 am bezüglich des Luftstroms stromaufwärtigen Ende des Abgasrückführkanals 16 und dem axialen Ende des Ansauggehäuses 18 an dessen zum Abgasrückführkanal 16 gewandten Seite. Der Durchströmungsquerschnitt des Ansauggehäuses 18 ist kleiner als der des Mischgehäuses 20, wobei das Ansauggehäuse 18 derart am Mischgehäuse 20 befestigt ist, dass eine stromabwärtig zur Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 ausgebildete Ausnehmung 34 im Strömungsschatten des Luftstroms aus dem Ansauggehäuse 18 angeordnet ist, in der die Welle 28 das Mischgehäuse 20 durchdringt.
An dieser exzentrisch im Ansaugkanal 12 angeordneten Welle 28 ist ein Regelkörper 36 befestigt, der aus einer Klappe 38 sowie einem über ein Koppelglied 40 an der ersten Klappe 38 befestigten Schließglied 42 besteht. Die Klappe 38 erstreckt sich von der Welle 28 aus in das Innere des Mischgehäuses 20 und beherrscht den Durchströmungsquerschnitt des Ansaugkanals 12. Hierzu wirkt die Klappe 38 mit ihrer ersten Oberfläche 44 mit dem axialen Ende des Ansauggehäuses 18 zusammen, das als erster Ventilsitz 46 dient, auf dem die Klappe 38 im den Ansaugkanal 12 verschließenden Zustand mit ihrer ersten Oberfläche 44 in einer ersten Endposition anliegt, so dass in diesem Zustand ein Normalenvektor der ersten Oberfläche 44 zur stromaufwärtigen Seite des Ansaugkanals 12 beziehungsweise zum Ansauggehäuse 18 weist.
In der Klappe 38 ist eine Bohrung ausgebildet, in der das Koppelglied 40 an der Klappe 38 befestigt ist. Dieses Koppelglied 40 erstreckt sich zur zum Ansauggehäuse 18 gegenüberliegenden Seite senkrecht zur Klappe 38 und durchdringt mit seinem gegenüberliegenden Ende das Schließglied 42, welches wiederum an diesem Ende des Koppelgliedes 40 befestigt ist. Diese Befestigung des Schließgliedes 42 führt dazu, dass bei Drehung der Welle 28 in eine zweite Endposition, in der das Schließglied 42 auf einem am Ende der Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 ausgebildeten zweiten Ventilsitz 48 aufliegt, ein Verschluss des Abgasrückführkanals 16 erfolgt.
Erfindungsgemäß sind auf einer zur ersten Oberfläche 44 der Klappe 38 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 50 mehrere Leitrippen 52 ausgebildet, welche sich von der zweiten Oberfläche 50 bis zum Schließglied 42 erstrecken, so dass diese Leitrippen 52 bei verschlossenem Abgasrückführkanal 16 gegenüberliegend zu seiner Mündung 14 angeordnet sind, ohne sich in die Mündung 14 zu erstrecken. In dieser zweiten Endposition weist ein Normalenvektor der zweiten Oberfläche 50 in den Abgasrückführkanal 16. Ein Abgasstrom wird entsprechend bei Öffnung des Abgasrückfürkanals 16 entlang dieser Leitrippen 52 geleitet.
Im ersten in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen diese Leitrippen 52 parallel zueinander und senkrecht zur Welle 28. Sie sind entweder stoffschlüssig mit der Klappe 38 verbunden oder einstückig mit dieser hergestellt. Befindet sich nun der aus der Klappe 38, den Leitrippen 52, dem Schließglied 42 und dem Koppelglied 40 bestehende Regelkörper 36 in der in der Figur 1 dargestellten Position, wird der Abgasstrom gleichgerichtet zum Luftstrom in diesen eingeführt, so dass eine gleichmäßige langsam verlaufende Durchmischung ohne größere Turbulenzen und daraus folgend unter geringem Druckverlust stattfindet. Dieser geringe Strömungswiderstand führt dazu, dass eine große Mischgasmenge dem Verdichter über den Verdichtereinlass zugeführt werden kann, wodurch die Leistung des folgenden Verbrennungsmotors gesteigert wird.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass es selbstverständlich auch möglich ist, auf das zusätzliche Koppelglied 40 und das zusätzliche Schließglied 42 zu verzichten und die zweite Oberfläche 50 der Klappe 38 direkt zum Verschließen des zweiten Ventilsitzes 48 zu nutzen. Bei einer derartigen Ausführung ist es lediglich notwendig, den auf dem zweiten Ventilsitz 48 aufliegenden Bereich nicht mit Leitrippen 52 auszuführen und die Leitrippen 52 so anzuordnen, dass die Drehbewegung der Welle 28 aus der den Abgasrückführkanal 16 verschließenden Endposition nicht durch ein Anschlagen der Leitrippen 52 an Kanalwänden 54 des Abgasrückführkanals 16 gestört wird. In der Figur 2 sind verschiedene weitere vorteilhafte Ausbildungen dieser Leitrippen 52 dargestellt, deren Form und Anordnung je nach Ausführung und Größe des folgenden Verdichters und des Verbrennungsmotors sowie Einsatzbereichen unterschiedlich sein kann.
So zeigt die Figur 2 a) Leitrippen 52 auf der zweiten Oberfläche 50 der Klappe 38, welche um einen Winkel von etwa 20° zu einer senkrechten auf die Drehachse der Welle 28 angestellt sind. Dies hat zur Folge, dass ein Abgasstrom durch diese Leitrippen 52 zur Seite abgelenkt wird und ein Drall im Mischgasstrom beim Eintritt des Abgasstroms in den Luftstrom erzeugt wird. Das führt zu einer schnelleren Durchmischung der beiden Gasströme und führt in der Regel zu einer Leistungssteigerung des Verdichters durch das drallförmige Einströmen.
Auch die in der Figur 2 b) dargestellte Version hat eine derartige Leistungssteigerung des folgenden Verdichters aufgrund eines aufgeprägten Dralls zur Folge, allerdings bei verringertem Strömungswiderstand und damit erhöhtem Gesamtmischgasstrom. In dieser Version sind die erneut parallel verlaufenden Leitrippen 52 bogenförmig ausgebildet, wobei die Neigung zur Senkrechten auf die Drehachse der Welle 28 mit wachsendem Abstand von der Welle 28 ebenfalls wächst. Durch diese allmähliche Ablenkung des Abgasstroms im Vergleich zur in Figur 2 a) dargestellten Version entstehen weniger Turbulenzen und daraus folgend verringert sich der Strömungswiderstand.
Die Figur 2 c) zeigt eine weitere mögliche Ausbildung der Leitrippen 52 auf der Oberfläche 50. Der Abstand dieser Leitrippen 52 zueinander sinkt mit wachsendem Abstand von der Welle 28. Dies bedeutet, dass die Leitrippen 52 eine Neigung zueinander aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Abgasstrom entsprechend zentral gebündelt. Auch eine beliebige andere Bündelung an eine andere Stelle des Ansaugkanals 12 wäre mit einer solchen Version vorstellbar, wobei die zentrale Einleitung des Abgasstroms den Vorteil hat, dass der heiße und Wasserdampf transportierende Abgasstrom in einen Bereich eingeleitet wird, in dem er nicht direkt auf die je nach Umgebungsbedingungen unter Umständen kalten Wände 56 des Ansaugkanals 12 geleitet wird. Entsprechend wird eine gegebenenfalls auftretende Kondensation des Wassers deutlich verringert, wodurch wiederum Schäden an den Schaufeln des Verdichters vermieden werden.
Bei der in Figur 2 d) dargestellten Ausbildung sind die Leitrippen 52 wieder senkrecht zur Drehachse 30 ausgebildet, jedoch befinden sie sich auf einer im Querschnitt konkav gewölbten Oberfläche 58, was dazu führt, dass der Abgasstrom nicht direkt in den Luftstrom geleitet wird, sondern im Mischgehäuse 20 eine Schichtströmung entsteht, durch die ebenfalls ein zu schnelles Abkühlen des Abgasstroms durch ein Vermischen mit einem gegebenenfalls kalten Luftstrom verhindert werden kann.
Die beschriebene Regelvorrichtung eignet sich somit zur sehr exakten Dosierung eines Abgasmassenstroms in einen Luftmassenstrom und zur exakten Regelung des Luftmassenstroms mit nur einem Aktor, wobei die Strömungen durch die Verwendung von Leitrippen an der zweiten Oberfläche der Klappe beinahe beliebig gerichtet werden können, um die Performance der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise die Leistung eines nachgeschalteten Verdichters zu optimieren, ohne weitere Einbauten verwenden zu müssen. Der Abgasstrom kann hierzu durch entsprechende Anordnung der Rippen gleichgerichtet, gebündelt oder mit einem Drall beaufschlagt werden. Zusätzlich kann er entweder vom Luftstrom entfernt gehalten werden oder direkt in diesen hineingeleitet werden. Neben auf diese Weise beeinflussbaren Vermischungsgraden können Strömungswiderstände oder Kondensation des Abgases beeinflusst werden. Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es sind verschiedene Versionen der Stellung der Leitrippen ebenso denkbar, wie unterschiedliche Formen der Oberflächen der Klappe. Zusätzlich ist es, wie beschrieben möglich die Regelvorrichtung mit oder ohne zusätzliches Schließglied auszuführen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einem Ansaugkanal (12),
einem Abgasrückführkanal (16), der in den Ansaugkanal (12) mündet,
einem Gehäuse (10), in dem der Ansaugkanal (12) und der Abgasrückführkanal (16) ausgebildet sind,
einer als Drehachse (30) dienenden Welle (28), auf der ein Regelkörper (36) exzentrisch gelagert ist, und die senkrecht zu den Mittelachsen des Ansaugkanals (12) und des Abgasrückführkanals (16) angeordnet ist,
wobei in einer ersten Endposition, in der der Ansaugkanal (12) stromaufwärts einer Mündung des Abgasrückführkanals (16) zumindest gedrosselt ist, ein Normalenvektor einer ersten Oberfläche (44) des Regelkörpers (36) zur stromaufwärtigen Seite des Ansaugkanals (12) weist und in einer zweiten Endposition, in der der Abgasrückführkanal (16) verschlossen ist, ein Normalenvektor einer zweiten Oberfläche (50) des Regelkörpers (36) zum Abgasrückführkanal (16) weist,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der zweiten Oberfläche (50) Leitrippen (52) ausgebildet sind, entlang derer ein Abgasstrom beim Öffnen des Abgasrückführkanals (16) in den Ansaugkanal (12) strömt.
Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Ansaugkanal (12) ein erster Ventilsitz (46) ausgebildet ist, an dem der Regelkörper (36) mit seiner ersten Oberfläche (44) in seiner ersten Endposition anliegt. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Mündung (14) des Abgasrückführkanals (16) ein zweiter Ventilsitz (48) ausgebildet ist, gegen den die zweite Oberfläche (50) des Regelkörpers (36) in seiner zweiten Endposition mit einem leitrippenfreien Bereich anliegt.
Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Regelkörper (36) eine exzentrisch auf der Welle (28) befestigte Klappe (38) mit der ersten Oberfläche (44) und der zweiten Oberfläche (50) und ein Koppelglied (40) aufweist, dass sich von der zweiten Oberfläche (50) aus erstreckt und an dem ein Schließglied (42) ausgebildet ist, welches mit dem zweiten Ventilsitz (48) zusammenwirkt, wobei sich die Leitrippen (52) von der zweiten Oberfläche (48) bis maximal zum Schließglied (42) erstrecken.
Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitrippen (52) sich parallel zueinander entlang der zweiten Oberfläche (50) erstrecken.
Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Leitrippen (52) senkrecht zur Drehachse (30) des Regelkörpers (36) erstrecken.
7. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Leitrippen (52) unter einem festen Winkel zur Drehachse (30) des Regelkörpers (36) angestellt erstrecken.
8. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitrippen (52) mit wachsendem Abstand zur Drehachse (30) eine wachsende Neigung zu einer Senkrechten auf die Drehachse (30) aufweisen.
9. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitrippen (52) in Erstreckungsrichtung von der Drehachse (30) aus zum von der Drehachse (30) entfernten Ende zueinander geneigt ausgebildet sind.
10. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Oberfläche (50) gewölbt ausgebildet ist.
11. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitrippen (52) derart ausgeformt sind, dass der Abgasstrom in einen definierten Bereich des Ansaugkanals (12) einleitbar ist.
12. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine durch den ersten Ventilsitz (46) aufgespannte Ebene zu einer durch den zweiten Ventilsitz (48) aufgespannten Ebene einen Winkel von 70° bis 80° einschließt.
13. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Ventilsitz (46) einen geringeren Umfang aufweist als der zum ersten Ventilsitz (46) stromabwärtige Abschnitt des Ansaugkanals (12) und der Regelkörper (36) in seiner den Abgasrückführkanal (16) verschließenden zweiten Endposition in eine Ausnehmung (34) im Ansaugkanal (12) eintaucht, die im Strömungsschatten des stromaufwärtigen Abschnitts des Ansaugkanals (12) angeordnet ist.
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