WO2008043429A1 - Ventilvorrichtung - Google Patents

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WO2008043429A1
WO2008043429A1 PCT/EP2007/008258 EP2007008258W WO2008043429A1 WO 2008043429 A1 WO2008043429 A1 WO 2008043429A1 EP 2007008258 W EP2007008258 W EP 2007008258W WO 2008043429 A1 WO2008043429 A1 WO 2008043429A1
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WO
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valve
bearing
valve device
shaft
channel
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/008258
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Inventor
Franz Rückert
Karl-Heinz Thiemann
Claudia Kohler
Klaus Gessner
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Daimler Ag
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
    • F16C33/043—Sliding surface consisting mainly of ceramics, cermets or hard carbon, e.g. diamond like carbon [DLC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/04—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits concerning exhaust conduits
    • 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
    • F02M26/11—Manufacture or assembly of EGR systems; Materials or coatings specially adapted for EGR systems
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    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves
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    • F16K1/16—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members
    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/221—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves specially adapted operating means therefor
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    • F16K1/18—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps
    • F16K1/22—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces with pivoted closure-members with pivoted discs or flaps with axis of rotation crossing the valve member, e.g. butterfly valves
    • F16K1/226—Shaping or arrangements of the sealing
    • F16K1/2268—Sealing means for the axis of rotation

Definitions

  • the invention relates to a valve device, in particular a valve device according to the preamble of claim 1.
  • valve devices are used, for example, in internal combustion engines of motor vehicles as an EGR valve or as a blocking flap in the exhaust manifold middle part. Since the valve devices in this case are traversed by hot exhaust gases, special demands are placed on them in terms of wear resistance, high temperature resistance, seizure resistance, exhaust resistance and the like. There is also the problem that the bearings of the shaft can not be lubricated with a conventional lubricant due to the high prevailing temperatures.
  • valve devices of this type have, for example, a shaft made of austenitic steel, which is galvanically nickel-plated, the cylindrical bearing bushes are made, for example, of Ni-Resist D2B, and the housing is made of GGG-SiMo 5 1, for example.
  • the nickel layer of the valve shaft peels off over time and then hot gas corrosion thereof, resulting in seizure between the bearings and the shaft and ultimately failure of the respective valve device, resulting in engine damage or high repair costs.
  • the invention is intended to provide a valve device for use in hot gas, which is highly wear-resistant and high temperature resistant.
  • the valve device of the invention comprises: a valve housing; at least one passageway defined in the valve housing; at least one valve flap for selectively opening and closing the at least one passageway; a shaft which is arranged transversely to the at least one passage in the valve housing and on which the at least one valve flap is rotatably mounted, for rotating the at least one valve flap between an open position in which the at least one passage is open, and a closed position the at least one through-channel is closed by the at least one valve flap; and at least one bearing for rotatably and gas-tightly mounting the shaft in the valve housing.
  • the valve device is further characterized in that the material of the shaft and the material of the at least one bearing are selected from a ceramic system; and that the at least one bearing has a sleeve shape whose outer peripheral side is convex shaped such that the outer diameter continuously increases from the end facing the at least one passageway.
  • a ceramic system for the materials of both the shaft and the bearing, a highly wear-resistant and high-temperature resistant bearing of the shaft in the valve housing is created.
  • a ceramic system for example, a carbide system may be provided. The ceramic system ensures excellent lubricating and lubricating properties even without the use of additional lubricants which are unsuitable in the hot gas sector.
  • the shaft is made of a martensitic heat-resistant steel and the at least one bearing is made of zirconium oxide, preferably of magnesium oxide-stabilized zirconium oxide.
  • the at least one bearing is circular sector-shaped in cross-section, for example formed in a quarter-circle.
  • the shaft is biased with the at least one valve flap attached thereto in the axial direction in its desired position.
  • valve housing defines precisely one passageway that can be selectively opened and closed by exactly one valve flap, and a first and a second bearing are to both Provided sides of a through-channel.
  • a valve device can be used in an advantageous manner, for example as a blocking flap in the exhaust manifold central part of a motor vehicle internal combustion engine.
  • the valve housing defines a first and a second passageway which are separated by a partition wall and which can be selectively opened and closed by a first and a second valve flap, respectively.
  • a first bearing is arranged on the side facing away from the second passage channel of the first passage channel
  • a second bearing is arranged on the side facing away from the first passage channel side of the second passage channel, and further is another bearing for rotatable and gas-tight mounting of the shaft in the region of the partition wall provided between the first and the second passageway.
  • Such a valve device can be used advantageously as an EGR flap of a motor vehicle internal combustion engine.
  • first and second butterfly valves are preferably configured and arranged such that the first and second passageways can be simultaneously opened and closed by the first and second butterfly valves, respectively, and the further bearing is preferably in the form of a Cylinder sleeve and formed of the same material as the first and the second bearing.
  • the at least one valve flap is continuously rotatable between the open position and the closed position.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a valve device according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a schematic longitudinal sectional view of a valve device according to a second embodiment.
  • Fig. 1 schematically shows the structure of a valve device according to a first embodiment, which is used for example as a blocking flap in a Auspufkrümmer middle part of an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the valve device has a valve housing 10, in which a through-passage 12 is defined for a hot exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • This one passage 12 is selectively closed by a valve flap 18 which rotatably mounted on a shaft 22, for example, is pinned with this.
  • the shaft 22 extends substantially transversely of the passageway 12 through the valve housing 10 and is preferably made of a martensitic heat-resistant steel (e.g., X 39CrMol 7 1) as a solid or tube.
  • the valve flap 18 is rotatable by the shaft 22 between an open position in which the passageway is open, and a closed position in which the passageway 12 is closed by the valve flap 18.
  • the rotation between the two mentioned end positions takes place preferably continuously and for example over an angle of 45 ° to 90 °.
  • a first bearing 24 and a second bearing 26 are arranged on both sides of the through-channel 12.
  • the two bearings 24, 26 are made of a ceramic system, preferably a magnesium oxide stabilized zirconia (e.g., ZN40), to provide optimum sliding and lubricating properties in a highly wear-resistant and high temperature-resistant manner, along with the shaft 22 ceramic system.
  • a magnesium oxide stabilized zirconia e.g., ZN40
  • the two bearings 24, 26 in each case in cross section circular sector, in particular formed a quarter circle.
  • the first and second bearings 24, 26 are formed in a sleeve shape, the inside of which is cylindrical and the outside of which is convexly shaped such that the outside diameter continuously increases from the side facing the passageway 12. Due to this special geometry of the bearings 24, 26, the gas-tight and rotatable mounting of the shaft 22 in the valve housing 10 can be maintained, even with slight deformation or bending of the shaft 22 due to the high prevailing temperatures, compared to the conventionally used bearings in simple cylinder sleeve shape, so that the functionality of the valve device is fully maintained.
  • the special choice of material and the geometry of the bearing of the shaft 22 in the valve housing 10 is a highly wear-resistant, eating-resistant, high temperature resistant and exhaust-resistant valve device is created, with the functional failures of the valve device itself and thus Damage to the internal combustion engine can be avoided, whereby repair and maintenance costs can be significantly reduced.
  • the valve device is further, as illustrated in Fig. 1 so arranged in the valve housing 10, that the shaft 22 is biased in the axial direction to its desired position.
  • the shaft 22 at its one end (right in Fig. 1) in the end flange 30, via which it is supported in the axial direction relative to the valve housing 10.
  • the shaft 22 is provided with a lever 32, via which the shaft 22 between the closed position and the open position of the valve flap 18 can be rotated.
  • the lever 32 is welded, for example, with the shaft 22 or rotatably connected by positive engagement with her.
  • a spring 34 is provided, which positions the shaft 22 in the axial direction in the valve housing 10.
  • This spring 34 is held between a first and a second spring bearings 36, 38 which are preferably made of the same material as the first and second bearings 24, 26.
  • the two spring bearings 36, 38 may be made of another ceramic material with low heat conduction.
  • valve device of Fig. 2 is advantageously used, for example, as an EGR door of an internal combustion engine of a motor vehicle. It differs from the valve device of the first embodiment substantially in that in the valve housing 10 two, i. a first and a second passageway 12, 14 are defined.
  • the two passageways 12, 14 are substantially parallel to each other and are separated by a partition wall 16.
  • a first and a second valve flap 18, 20 are provided, which are each mounted rotatably on the shaft 22.
  • the two valve flaps 18, 20 are preferably arranged and designed so that the first and the second passageway 12, 14 can be opened and closed simultaneously by the first and the second valve flap 18, 20.
  • the first bearing 24 for rotatable and gas-tight mounting of the shaft 22 in the valve housing 10 is provided on the second passage 14 side facing away from the first passageway 12, and the second bearing 26 for rotatable and gas-tight mounting of the shaft 22 in the valve housing 10 is on the first passage 12 facing away from the second passage channel 14.
  • the first and the second bearing 24, 26 are formed analogously to the above first embodiment.
  • the shaft 22 is rotatably supported and gas-tight in the region of the partition wall 16 between the two passageways 12, 14 by a further bearing 28.
  • This further bearing 28 is likewise made of a material of a ceramic system, preferably of magnesium oxide-stabilized zirconium oxide (eg ZN40).
  • the further bearing 28 has, for reasons of assembly or assembly of the valve device in contrast to the two outer bearings 24, 26 a purely cylindrical sleeve shape.
  • valve device of the second embodiment achieves the same advantages and effects as described above in connection with the first embodiment of FIG. Of course, the same modifications as in the first embodiment are possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, mit einem Ventilgehäuse (10); wenigstens einem im Ventilgehäuse (10) definierten Durchgangskanal (12, 14); wenigstens einer Ventilklappe (18, 20) zum wahlweisen Öffnen und Schließen des wenigstens einen Durchgangskanals (12, 14); einer Welle (22), die quer zu dem wenigstens einen Durchgangskanal (12, 14) in dem Ventilgehäuse (10) angeordnet ist und an der die wenigstens eine Ventilklappe (18, 20) drehfest angebracht ist, zum Drehen der wenigstens einen Ventilklappe (18, 20) zwischen einer Öffnungsstellung, in der der wenigstens eine Durchgangskanal (12, 14) geöffnet ist, und einer Schließstellung, in der der wenigstens eine Durchgangskanal (12, 14) durch die wenigstens eine Ventilklappe (18, 20) geschlossen ist; und wenigstens einem Lager (24, 26) zur drehbaren und gasdichten Lagerung der Welle (22) in dem Ventilgehäuse (10). Um für den Einsatz in Heißgaskanälen geeignet zu sein, sind das Material der Welle (22) und das Material des wenigstens einen Lagers (24, 26) aus einem keramischen System ausgewählt; und das wenigstens eine Lager (24, 26) besitzt eine Hülsenform, deren Außenumf angsseite derart konvex geformt ist, dass der Außendurchmesser von dem dem wenigstens einen Durchgangskanal (12, 14) zugewandten Ende aus kontinuierlich zunimmt. Die Ventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise als AGR-Ventil oder als Sperrklappe im Auspuffkrümmer einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs einsetzbar.

Description

DaimlerChrysler AG
VentilVorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, insbesondere eine Ventilvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Ventilvorrichtungen kommen zum Beispiel bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen als AGR-Ventil oder als Sperrklappe im Auspuffkrümmermittelteil zum Einsatz. Da die Ventilvorrichtungen in diesem Fall von heißen Abgasen durchströmt werden, werden an sie besondere Anforderungen hinsichtlich Verschleißfestigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit, Fressresistenz, Abgasresistenz und dergleichen gestellt. Dabei stellt sich auch das Problem, dass die Lager der Welle aufgrund der hohen vorherrschenden Temperaturen nicht mit einem herkömmlichen Schmiermittel geschmiert werden können.
Herkömmliche Ventilvorrichtungen dieser Art weisen zum Beispiel eine Welle aus austenitischem Stahl auf, der galvanisch vernickelt ist, die zylindrischen Lagerbuchsen bestehen zum Beispiel aus Ni-Resist D2B, und das Gehäuse ist zum Beispiel aus GGG-SiMo 5 1 gefertigt. Bei einer solchen Ventilvorrichtung kommt es mit der Zeit zum Ablösen der Nickelschicht der Klappenwelle und anschließend zur Heißgaskorrosion derselben, was zu einem Fressverschleiß zwischen den Lagern und der Welle und schließlich zu einem Versagen der jeweiligen Ventilvorrichtung führt, woraus Motorschäden bzw. hohe Reparaturkosten resultieren. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilvorrichtung bereitzustellen, die die oben genannten Probleme herkömmlicher Ventilvorrichtungen vermeidet. Insbesondere soll die Erfindung eine Ventilvorrichtung für den Einsatz im Heißgasbereich schaffen, die hochverschleißfest und hochtemperaturbeständig ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Ventilvorrichtung der Erfindung weist auf: ein Ventilgehäuse; wenigstens einen im Ventilgehäuse definierten Durchgangskanal; wenigstens eine Ventilklappe zum wahlweisen Öffnen und Schließen des wenigstens einen Durchgangskanals; eine Welle, die quer zu dem wenigstens einen Durchgangskanal in dem Ventilgehäuse angeordnet ist und an der die wenigstens eine Ventilklappe drehfest angebracht ist, zum Drehen der wenigstens einen Ventilklappe zwischen einer Öffnungsstellung, in der der wenigstens eine Durchgangskanal geöffnet ist, und einer Schließstellung, in der der wenigstens eine Durchgangskanal durch die wenigstens eine Ventilklappe geschlossen ist; und wenigstens ein Lager zur drehbaren und gasdichten Lagerung der Welle in dem Ventilgehäuse. Die Ventilvorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Welle und das Material des wenigstens einen Lagers aus einem keramischen System ausgewählt sind; und dass das wenigstens eine Lager eine Hülsenform besitzt, deren Außenumfangsseite derart konvex geformt ist, dass der Außendurchmesser von dem dem wenigstens einen Durchgangskanal zugewandten Ende aus kontinuierlich zunimmt. Durch die Auswahl eines keramischen Systems für die Materialien sowohl der Welle als auch des Lagers wird eine hochverschleißfeste und hochtemperaturbeständige Lagerung der Welle im Ventilgehäuse geschaffen. Als keramisches System kann beispielsweise ein karbidisches System vorgesehen sein. Das keramische System gewährleistet auch ohne den Einsatz zusätzlicher Schmierstoffe, die im Heißgasbereich ungeeignet sind, ausgezeichnete Gleit- und Schmiereigenschaften. Ferner kommt es beim Einsatz der Ventilvorrichtung im Heißgasbereich aufgrund der hohen vorherrschenden Temperaturen üblicherweise zu einer leichten Verformung der Welle, die sich auch bei Auswahl eines geeigneten Materials nicht vollständig ausschließen lässt. Wegen der speziellen Geometrie des Lagers stellt aber eine solche Verformung der Welle kein Problem dar, da weiterhin eine gute und gasdichte Lagerung der Welle im Ventilgehäuse erhalten bleibt.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Welle aus einem martensitischen warmfesten Stahl und das wenigstens eine Lager aus Zirkonoxid, vorzugsweise aus mit Magnesiumoxid stabilisiertem Zirkonoxid, gefertigt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Lager im Querschnitt kreissektorförmig, beispielsweise viertelkreisförmig ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Welle mit der wenigstens einen daran angebrachten Ventilklappe in axialer Richtung in ihre Sollstellung vorgespannt.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform definiert das Ventilgehäuse genau einen Durchgangskanal, der durch genau eine Ventilklappe wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann, und ein erstes und ein zweites Lager sind zu beiden Seiten des einen Durchgangskanals vorgesehen. Eine solche Ventilvorrichtung ist in vorteilhafter Weise zum Beispiel als Sperrklappe im Auspuffkrümmermittelteil einer Kraftfahrzeug- Brennkraftmaschine einsetzbar.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform definiert das Ventilgehäuse einen ersten und einen zweiten Durchgangskanal, die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind und die durch eine erste bzw. eine zweite Ventilklappe wahlweise geöffnet und geschlossen werden können. Ein erstes Lager ist auf der dem zweiten Durchgangskanal abgewandten Seite des ersten Durchgangskanals angeordnet, und ein zweites Lager ist auf der dem ersten Durchgangskanal abgewandten Seite des zweiten Durchgangskanals angeordnet, und ferner ist ein weiteres Lager zur drehbaren und gasdichten Lagerung der Welle im Bereich der Trennwand zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgangskanal vorgesehen. Eine solche Ventilvorrichtung kann in vorteilhafter Weise als AGR-Klappe einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine verwendet werden.
Bei dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Ventilklappe vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, dass der erste und der zweite Durchgangskanal durch die erste bzw. die zweite Ventilklappe simultan geöffnet und geschlossen werden können, und das weitere Lager ist vorzugsweise in der Form einer Zylinderhülse und aus dem gleichen Material wie das erste und das zweite Lager ausgebildet .
In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Ventilklappe stufenlos zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung drehbar. Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten, nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht einer Ventilvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 2 eine schematische Längsschnittansicht einer Ventilvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel .
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Ventilvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, das beispielsweise als eine Sperrklappe in einem Auspuffkrümmermittelteil einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet wird.
Die Ventilvorrichtung weist ein Ventilgehäuse 10 auf, in dem ein Durchgangskanal 12 für einen heißen Abgasstrom der Brennkraftmaschine definiert ist. Dieser eine Durchgangskanal 12 ist durch eine Ventilklappe 18 wahlweise verschließbar, die drehfest an einer Welle 22 montiert, zum Beispiel mit dieser verstiftet ist. Die Welle 22 erstreckt sich im Wesentlichen quer zum Durchgangskanal 12 durch das Ventilgehäuse 10 und ist vorzugsweise aus einem martensitischen warmfesten Stahl (z.B. X 39CrMol7 1) als Vollmaterial oder als Rohr gefertigt.
Die Ventilklappe 18 ist durch die Welle 22 zwischen einer Öffnungsstellung, in der der Durchgangskanal geöffnet ist, und einer Schließstellung, in der der Durchgangskanal 12 durch die Ventilklappe 18 geschlossen ist, drehbar. Die Drehung zwischen den beiden genannten Endstellungen erfolgt vorzugsweise stufenlos und beispielsweise über einen Winkel von 45° bis 90°.
Zur drehbaren und gasdichten Lagerung der Welle 22 in dem Ventilgehäuse 10 sind ein erstes Lager 24 und ein zweites Lager 26 zu beiden Seiten des Durchgangskanals 12 angeordnet. Die beiden Lager 24, 26 sind aus einem keramischen System, vorzugsweise einem mit Magnesiumoxid stabilisierten Zirkonoxid (z.B. ZN40) gefertigt, um zusammen mit dem keramischen System der Welle 22 optimale Gleit- und Schmiereigenschaften in hochverschleißfester und hochtemperaturbeständiger Weise bereitzustellen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die beiden Lager 24, 26 jeweils im Querschnitt kreissektorförmig, insbesondere viertelkreisförmig ausgebildet. Allgemein sind das erste und das zweite Lager 24, 26 in einer Hülsenform ausgebildet, deren Innenseite zylindrisch ist und deren Außenseite derart konvex geformt ist, dass der Außendurchmesser von der dem Durchgangskanal 12 zugewandten Seite aus kontinuierlich zunimmt. Durch diese spezielle Geometrie der Lager 24, 26 kann im Vergleich zu den herkömmlicherweise eingesetzten Lagern in einfacher Zylinderhülsenform selbst bei einer leichten Verformung bzw. Verbiegung der Welle 22 aufgrund der hohen vorherrschenden Temperaturen die gasdichte und drehbare Lagerung der Welle 22 im Ventilgehäuse 10 aufrechterhalten werden, sodass die Funktionsfähigkeit der Ventilvorrichtung voll erhalten bleibt.
Durch die spezielle Materialauswahl und die Geometrie der Lagerung der Welle 22 im Ventilgehäuse 10 ist eine hochverschleißfeste, fressresistente, hochtemperaturbeständige und abgasresistente Ventilvorrichtung geschaffen, mit der Funktionsausfälle der Ventilvorrichtung selbst und damit auch Schäden an der Brennkraftmaschine vermieden werden können, wodurch Reparatur- und Wartungskosten deutlich gesenkt werden können.
Die Ventilvorrichtung ist weiter, wie in Fig. 1 veranschaulicht so in dem Ventilgehäuse 10 angeordnet, dass die Welle 22 in axialer Richtung in ihre Sollstellung vorgespannt ist. Hierzu weist die Welle 22 an ihrem einen Ende (rechts in Fig. 1) in Endflansch 30 auf, über den sie in axialer Richtung gegenüber dem Ventilgehäuse 10 abgestützt ist. An ihrem anderen Ende (links in Fig. 1) ist die Welle 22 mit einem Hebel 32 versehen, über den die Welle 22 zwischen der Schließstellung und der Öffnungsstellung der Ventilklappe 18 gedreht werden kann. Der Hebel 32 ist zum Beispiel mit der Welle 22 verschweißt oder mittels Formschluss drehfest mit ihr verbunden.
Zwischen dem Hebel 32 und dem Ventilgehäuse 10 ist eine Feder 34 vorgesehen, welche die Welle 22 in axialer Richtung im Ventilgehäuse 10 positioniert. Diese Feder 34 ist zwischen einem ersten und einem zweiten Federlager 36, 38 gehalten, die vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das erste und das zweite Lager 24, 26 hergestellt sind. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, können die beiden Federlager 36, 38 auch aus einem anderen keramischen Material mit geringer Wärmeleitung hergestellt sein.
Während in dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 die Feder 34 zwischen dem Hebel 32 und dem Ventilgehäuse 10 angeordnet ist, ist es selbstverständlich ebenfalls möglich, die Feder 34 am anderen Ende der Welle 22 zwischen dem Endflansch 30 und dem Ventilgehäuse 10 anzuordnen. Nachfolgend wird unter Bezug auf Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Ventilvorrichtung näher erläutert. Dabei sind die gleichen oder ähnlichen Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf ihre wiederholte detaillierte Erläuterung wird verzichtet.
Die Ventilvorrichtung von Fig. 2 wird in vorteilhafter Weise zum Beispiel als eine AGR-Klappe einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs benutzt. Sie unterscheidet sich von der Ventilvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen dadurch, dass in dem Ventilgehäuse 10 zwei, d.h. ein erster und ein zweiter Durchgangskanal 12, 14 definiert sind.
Die beiden Durchgangskanäle 12, 14 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander und sind durch eine Trennwand 16 voneinander getrennt. Entsprechend den zwei Durchgangskanälen 12, 14 sind auch eine erste und eine zweite Ventilklappe 18, 20 vorgesehen, die jeweils drehfest an der Welle 22 montiert sind. Dabei sind die beiden Ventilklappen 18, 20 vorzugsweise so angeordnet und ausgebildet, dass der erste und der zweite Durchgangskanal 12, 14 durch die erste bzw. die zweite Ventilklappe 18, 20 simultan geöffnet und geschlossen werden können .
Das erste Lager 24 zur drehbaren und gasdichten Lagerung der Welle 22 im Ventilgehäuse 10 ist auf der dem zweiten Durchgangskanal 14 abgewandten Seite des ersten Durchgangskanals 12 vorgesehen, und das zweite Lager 26 zur drehbaren und gasdichten Lagerung der Welle 22 im Ventilgehäuse 10 ist auf der dem ersten Durchgangskanal 12 abgewandten Seite des zweiten Durchgangskanals 14 vorgesehen. Dabei sind das erste und das zweite Lager 24, 26 analog dem obigen ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Zusätzlich ist die Welle 22 auch im Bereich der Trennwand 16 zwischen den beiden Durchgangskanälen 12, 14 durch ein weiteres Lager 28 drehbar und gasdicht gelagert. Dieses weitere Lager 28 ist ebenfalls aus einem Material eines keramischen Systems, vorzugsweise aus mit Magnesiumoxid stabilisiertem Zirkonoxid (z.B. ZN40) , gefertigt. Das weitere Lager 28 besitzt aber aus Gründen der Montage bzw. des Zusammenbaus der Ventilvorrichtung im Gegensatz zu den beiden äußeren Lagern 24, 26 eine rein zylindrische Hülsenform.
Die Ventilvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels erzielt die gleichen Vorteile und Wirkungen, wie sie oben in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 beschrieben worden sind. Selbstverständlich sind auch die gleichen Modifikationen wie beim ersten Ausführungsbeispiel möglich .

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Ventilvorrichtung, mit einem Ventilgehäuse (10); wenigstens einem im Ventilgehäuse (10) definierten Durchgangskanal (12, 14); wenigstens einer Ventilklappe (18, 20) zum wahlweisen Öffnen und Schließen des wenigstens einen Durchgangskanals (12, 14); einer Welle (22), die quer zu dem wenigstens einen Durchgangskanal (12, 14) in dem Ventilgehäuse (10) angeordnet ist und an der die wenigstens eine Ventilklappe (18, 20) drehfest angebracht ist, zum Drehen der wenigstens einen Ventilklappe (18, 20) zwischen einer Öffnungsstellung, in der der wenigstens eine Durchgangskanal (12, 14) geöffnet ist, und einer Schließstellung, in der der wenigstens eine Durchgangskanal (12, 14) durch die wenigstens eine Ventilklappe (18, 20) geschlossen ist; und wenigstens einem Lager (24, 26) zur drehbaren und gasdichten Lagerung der Welle (22) in dem Ventilgehäuse (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Welle (22) und das Material des wenigstens einen Lagers (24, 26) aus einem keramischen System ausgewählt sind; und dass das wenigstens eine Lager (24, 26) eine Hülsenform besitzt, deren Außenumfangsseite derart konvex geformt ist, dass der Außendurchmesser von dem dem wenigstens einen Durchgangskanal (12, 14) zugewandten Ende aus kontinuierlich zunimmt.
2. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (22) aus einem martensitischen warmfesten Stahl gefertigt ist.
3. Ventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Lager (24, 26) aus Zirkonoxid gefertigt ist.
4. Ventilvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Lager (24, 26) im Querschnitt kreissektorförmig ausgebildet ist.
5. Ventilvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Lager (24, 26) im Querschnitt viertelkreisförmig ausgebildet ist.
6. Ventilvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (22) mit der wenigstens einen daran angebrachten Ventilklappe (18, 20) in axialer Richtung in ihre Sollstellung vorgespannt ist.
7. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10) genau einen Durchgangskanal (12) definiert, der durch genau eine Ventilklappe (18) wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann; und dass ein erstes und ein zweites Lager (24, 26) zu beiden Seiten des einen Durchgangskanals (12) vorgesehen sind.
8. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (10) einen ersten und einen zweiten Durchgangskanal (12, 14) definiert, die durch eine Trennwand (16) voneinander getrennt sind und die durch eine erste bzw. eine zweite Ventilklappe (18, 20) wahlweise geöffnet und geschlossen werden können; dass ein erstes Lager (24) auf der dem zweiten Durchgangskanal (14) abgewandten Seite des ersten Durchgangskanals (12) angeordnet ist und ein zweites Lager (26) auf der dem ersten Durchgangskanal (12) abgewandten Seite des zweiten Durchgangskanals (14) angeordnet ist; und dass ein weiteres Lager (28) zur drehbaren und gasdichten Lagerung der Welle (22) im Bereich der Trennwand (16) zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgangskanal (12, 14) vorgesehen ist.
9. Ventilvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Ventilklappe (18, 20) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass der erste und der zweite Durchgangskanal (12, 14) durch die erste bzw. die zweite Ventilklappe (18, 20) simultan geöffnet und geschlossen werden können.
10. Ventilvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Lager (28) in der Form einer Zylinderhülse ausgebildet ist.
11. Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Lager (28) aus dem gleichen Material wie das erste und das zweite Lager (24, 26) ausgebildet ist.
12. Ventilvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ventilklappe (18, 20) stufenlos zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung drehbar ist.
13. Verwendung einer Ventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als eine Ventilvorrichtung für einen Heißgaskanal einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs .
14. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung als ein AGR-Ventil verwendet wird.
15. Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung als eine Sperrklappe im Auspuffkrümmer verwendet wird.
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