WO2010034450A1 - Abgasanlage und abgasventil zur steuerung eines volumenstroms von abgas sowie ein verfahren zur steuerung eines volumenstroms - Google Patents

Abgasanlage und abgasventil zur steuerung eines volumenstroms von abgas sowie ein verfahren zur steuerung eines volumenstroms Download PDF

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WO2010034450A1
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outlet
exhaust
exhaust gas
valve
return
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PCT/EP2009/006805
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Inventor
Marco Ranalli
Boris Kienle
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Emcon Technologies Germany (Augsburg) Gmbh
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    • 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
    • F02M26/71—Multi-way valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M26/14—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • F02M26/15—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system in relation to engine exhaust purifying apparatus

Definitions

  • the invention relates to an exhaust system with an exhaust valve for controlling a volume flow of exhaust gas, which is to be returned to an internal combustion engine, and a method for controlling such a volume flow.
  • the object of the invention is to provide an exhaust valve with a characteristic curve for improved control of a volumetric flow of exhaust gas, as well as an exhaust system with such an exhaust valve and a method for controlling such a volumetric flow.
  • the object of the invention is achieved by an inventive exhaust valve for controlling a volume flow of exhaust gas to be returned to an internal combustion engine.
  • the exhaust valve includes a housing having an exhaust inlet, an exhaust outlet and a housing Opening cross sections of the exhaust outlet and the return outlet can be changed.
  • the valve element is arranged relative to the exhaust gas inlet, exhaust gas outlet and return outlet such that the valve element can assume a first position in which the recirculation outlet is completely closed while the exhaust gas outlet is fully opened and a second position in which the recirculation outlet is partially opened while the exhaust outlet is still fully opened and a third position in which the return outlet is at least partially opened while the exhaust outlet is partially closed.
  • the return outlet is fully open in the third position. In this way, the characteristic of the exhaust valve is flattened even when the exhaust valve is in the third position.
  • At least one sealing stop for the valve element in the first position can be provided in the housing, whereby the return outlet is sealed in the first position of the valve element.
  • Valve element occupy a fourth position in which the exhaust outlet is completely closed. This makes it possible to direct the entire exhaust gas flow into the recirculation outlet and is advantageous for an effect as an engine brake, at the same time burning no fuel in the internal combustion engine.
  • At least one sealing stop for the valve element in the fourth position is provided in the housing.
  • the sealing stop makes it possible to seal the exhaust gas outlet in this position.
  • the exhaust gas inlet is arranged between the exhaust gas outlet and the return outlet, whereby a simple construction of the exhaust valve is made possible.
  • the exhaust gas inlet can be arranged centrally between the return outlet and the exhaust gas outlet. This results in a symmetrical arrangement of the valve connections.
  • the exhaust gas inlet may also be arranged asymmetrically between the return outlet and the exhaust gas outlet. This is advantageous for a compact design of the exhaust valve.
  • the recirculation outlet is arranged closer to the exhaust gas inlet than the exhaust gas outlet.
  • Such an arrangement is advantageous, for example, for installation in an exhaust system.
  • Exhaust port and recirculation outlet can be modified in this way by the angle between the return outlet and exhaust outlet.
  • the valve element is a double-leaf valve flap, which can rotate about an axis of rotation, whereby a simple construction of the exhaust valve and a control of the valve element over the angle of rotation of the valve flap is made possible.
  • the distance between the edge of the valve vane associated with the recirculation outlet and the nearest edge of the recirculation outlet is less than the distance between the edge of the valve vane associated with the exhaust outlet and the nearest edge of the exhaust outlet when the valve element is in the first position.
  • a curved sealing surface Adjacent to the exhaust outlet and / or return outlet, a curved sealing surface may be provided which cooperates with the valve vane associated with the exhaust gas outlet and recirculation outlet, respectively. and whose center of curvature coincides approximately with the axis of rotation of the valve flap. In this way it is ensured that even with a rotational movement of the valve flap there is a seal between the valve leaf and the sealing surface.
  • valve flap It is possible that the two wings of the valve flap are arranged inclined to each other, in particular at an angle between 45 ° and 120 °. Such a valve flap increases the possible arrangements of the valve connections.
  • the housing may have a valve chamber which is generally rectangular in a section perpendicular to the axis of rotation of the valve flap, thereby allowing a compact design of the valve chamber.
  • the housing may also have a valve chamber which is generally circular in a section perpendicular to the axis of rotation of the valve flap.
  • a valve chamber which is generally circular in a section perpendicular to the axis of rotation of the valve flap.
  • the exhaust valve is designed in the manner of a pipe branch.
  • the installation space of the exhaust valve reduces because no valve chamber is needed.
  • the return outlet can range from 0 to 50% of the height of the
  • Valve flap may be arranged, whereby the characteristic of the exhaust valve can be modified.
  • the return outlet be arranged eccentrically, whereby the construction of the exhaust valve can be made very flexible. It is advantageous if the return outlet has a cross-sectional shape deviating from the circular shape.
  • the characteristic of the exhaust valve can be arbitrarily influenced by the cross-sectional shape of the return outlet.
  • the return outlet can have a cross-sectional shape which has at least one section-wise at least approximately straight contour in the cross-section released first by the valve element. This allows a deviation from the circular cross section by simple means and leads to a smaller compared with a circular shape increase in the free flow cross-section at small opening angles.
  • the cross-sectional shape has two straight lines intersecting each other, and the central axis of these two straight lines is perpendicular to the axis of rotation of the valve flap. In this way, the characteristic of the exhaust valve can be changed via the angle between the two straight lines.
  • the opening cross section of the exhaust gas outlet and / or the return outlet is determined by a cross section of the exhaust gas outlet and / or the return outlet released by the valve element.
  • the opening cross section that is, the area through which exhaust gas can flow into the exhaust gas outlet or return outlet, is determined on the one hand by the geometric shape of the cross section of the exhaust gas or recirculation outlet and on the other hand by the valve element.
  • the exhaust valve is preferably disposed downstream of the exhaust treatment member.
  • Exhaust valve is only flowed through by treated exhaust gas and thus less burdened.
  • the exhaust gas treatment component has an outlet funnel and the exhaust valve is arranged on the outlet funnel. This makes it possible to install the exhaust valve to save space.
  • the exhaust treatment component is a diesel particulate filter, whereby the load of the exhaust valve is reduced by particles.
  • the invention is further solved by a method for controlling a volume flow of exhaust gas to be returned to an internal combustion engine, wherein in the exhaust line of the internal combustion engine, an exhaust valve is arranged, which has a housing with an exhaust gas inlet, an exhaust gas outlet and a return outlet, as well a valve element that is adjustable, whereby the opening cross-sections of the exhaust gas outlet and the return outlet can be changed.
  • a controller selects between a first operating condition in which the recirculation outlet is completely closed while the exhaust outlet is fully opened, a second operation condition in which the recirculation outlet is partially opened, while the exhaust outlet is dependent on the exhaust gas volume flow to be returned to the internal combustion engine is still fully open, and a third operating state in which the return outlet is at least partially open, while the exhaust outlet is partially closed.
  • a fourth operating state can be selected, in which the exhaust gas outlet is completely closed. This allows to direct the entire exhaust flow into the recirculation outlet.
  • the return outlet can be completely open, whereby the characteristic of the exhaust valve is flattened in the third operating state.
  • FIG. 1 shows an exhaust system according to the invention
  • FIG. 2 shows an exhaust gas treatment component with an exhaust gas valve according to the invention
  • FIG. 3 shows a first embodiment of an exhaust valve according to the invention
  • - Figure 4 shows a characteristic of an exhaust valve according to the invention
  • FIG. 5 shows a second embodiment of an exhaust valve according to the invention in the first position and in a middle position
  • Figure 6 shows the exhaust valve of Figure 5 in the fourth position and in a central position
  • Figure 7 shows a third embodiment of an exhaust valve according to the invention with mutually inclined wings of the valve flap
  • FIG. 8 shows a fourth embodiment of an exhaust valve according to the invention in the manner of a pipe branching
  • FIGS. 9a and 9b show the section of two return outlets according to the sectional plane IX-IX in FIG. 3;
  • FIGS. 10 a and 10 b show the section of two exhaust valves according to the sectional plane X-X in FIG. 3.
  • FIG. 1 shows an exhaust system 10 according to the invention of an internal combustion engine 12 with an exhaust gas line 14, along which several
  • Exhaust system components in particular exhaust treatment components 17, are arranged.
  • the exhaust system components are a
  • Turbocharger 16 a catalyst 18, a diesel particulate filter 20 and a
  • Silencer 22 Downstream of the exhaust treatment components 17, in particular the diesel particulate filter 20, an exhaust valve 24 is arranged, of which a portion of the exhaust gas (between 0% and 100%) via a return line
  • the illustrated exhaust system 10 is an example; Other embodiments are possible, including but not limited to: with regard to the type, number and arrangement of the exhaust system components in the
  • FIG 2 shows an embodiment of the exhaust system 10, in which the
  • Exhaust valve 24 is disposed in a discharge hopper 30 of the diesel particulate filter 20. From the exhaust valve 24, the exhaust line 14 leads analogous to Figure 1 on to the muffler 22 and the return line 26 to the air intake duct - -
  • the exhaust valve may also be arranged in an outlet funnel of another exhaust gas treatment component 17, for example in an exhaust port of the catalyst 18th
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the exhaust valve 24.
  • the exhaust valve 24 has a housing 36 with a rectangular valve chamber 38. In the valve chamber 38 open an exhaust gas inlet 40, an exhaust gas outlet 42 and a return outlet 44, wherein the exhaust gas inlet 40 and the exhaust gas outlet
  • valve element 46 is provided, which is formed here by a two-leaf valve flap 48 which can rotate about an axis of rotation 50.
  • a first position of the valve element 46 is shown by a solid line. In this position, the recirculation outlet 44 is completely closed, while the exhaust gas outlet 42 is fully opened. There are two sealing stops 52 are provided for the valve element 46 in the first position.
  • valve element 46 In a second position of the valve element 46, the recirculation outlet 44 is partially opened, while the exhaust gas outlet 42 is still fully open.
  • the second position of the valve member 46 is achieved by turning the valve element 46 counterclockwise from the first position by any angle as long as the position shown by the dashed line is not exceeded.
  • valve element 46 When the valve flap 48 is rotated counterclockwise out of the position shown by the dashed line, the valve element 46 is in its third position, in which the return outlet 44 is at least partially open, while the exhaust outlet 42 is partially closed.
  • valve element 46 in its fourth position, in which exhaust gas outlet 42 is fully closed.
  • There are two sealing stops 56 are provided, which seal the valve element 46 in this position.
  • the fourth position is provided for an effect of the exhaust system 10 as an engine brake, wherein at the same time no fuel is burned in the internal combustion engine 12.
  • Adjacent to the exhaust outlet 42 is a curved sealing surface 54 is provided, which cooperates with the right valve leaf of the valve flap 48 which is associated with the exhaust gas outlet 42.
  • the center of curvature of this sealing surface coincides with the axis of rotation 50 of the valve flap 48, whereby in the first to the second position of the valve flap 48, a seal between the valve flap 48 and sealing surface 54 is ensured.
  • the sealing surface 54 prevents the valve flap 48 from being "back-flowed” in slightly open positions, thus establishing a second, uncontrolled flow path from the side of the exhaust outlet behind the valve flap 48 to the return outlet 44, in addition to the actual flow path from the exhaust inlet to the recirculation outlet also possible that further sealing surfaces adjacent to the exhaust outlet 42 and / or return outlet 44 are provided, the other sealing surfaces may in particular be arranged so that between housing 36 and the valve flap 48 in each position of the valve flap 48 is a seal.
  • the controller selects one of the following operating states depending on the exhaust gas volume flow to be returned to the internal combustion engine 12.
  • a first operating state is selected, in which the return outlet 44 is completely closed and the exhaust gas outlet 42 is fully opened. This operating state corresponds to the first position of the valve element 46 in FIG
  • a second operating state is selected in which the recirculation outlet 44 is partially opened, while the exhaust gas outlet 42 is still fully open.
  • This operating state corresponds to the second position of the valve element 46 in the exhaust valve 24; a portion of the exhaust gas can through the partially open opening cross section of the return 44th flow while the other part of the exhaust gas flows unhindered through the exhaust outlet 42.
  • a third mode of operation in which the recirculation outlet 44 is at least partially open and the exhaust gas outlet 42 is partially closed, is selected when a high volume flow of exhaust gas is to be returned to the internal combustion engine 12. Since the exhaust gas outlet 42 is partially closed, the volume flow through the return outlet 44 increases. It is possible, in particular, for the return outlet 44 to be completely open in this operating state.
  • the corresponding position of the exhaust valve 24 is the third position of the valve element 46th
  • the limiting case that the exhaust outlet 42 is completely closed forms a fourth operating state.
  • the volume flow of exhaust gas is directed completely to the recirculation outlet.
  • the fourth position of the valve element 46 in the exhaust valve 24 corresponds to this operating state.
  • This operating state is provided, for example, for an effect of the exhaust system 10 as an engine brake, wherein at the same time no fuel in the internal combustion engine 12 is burned.
  • FIG. 4 shows a diagram of the volume flow V, which is returned to the internal combustion engine 12 through the return line 26, as a function of a setting angle ⁇ of the exhaust valve 24.
  • the dashed line shows a characteristic 32 of a prior art exhaust valve.
  • the solid line shows a characteristic curve 34 of an exhaust valve 24 according to the invention.
  • the characteristic 34 is flatter than the characteristic 32, in particular in a range up to the angle ⁇ i, whereby the control of the volume flow V is less sensitive to deviations of the adjustment angle ⁇ of the exhaust valve 24 and thus the control of the volume flow is improved.
  • the different embodiments of the exhaust valve 24 allow different curves of characteristics, the characteristic shown 34 was chosen as an example, and there are other characteristics of curves possible.
  • FIGS. 5 and 6 show a second embodiment of the exhaust valve 24, wherein the housing 36 has a valve chamber 38 which in a section _
  • valve flap 48 perpendicular to the axis of rotation 50 of the valve flap 48 is generally circular.
  • the wall of the valve chamber 38 assumes the function of the sealing surface 54 in this construction.
  • the exhaust inlet 40 is arranged asymmetrically between the recirculation outlet 44 and the exhaust gas outlet 42, wherein the recirculation outlet 44 is arranged closer to the exhaust gas inlet 40 than the exhaust gas outlet 42.
  • the angle between the return outlet 44 and the exhaust outlet 42 is less than 180 °.
  • the recirculation outlet 44 and the exhaust gas outlet are located
  • Valve flap 48 is not arranged along a straight line.
  • FIG. 5 shows the exhaust valve 24 with the valve element 46 in the first position of the valve element 46 in a solid line.
  • the valve flap 48 is applied to the sealing stops 52.
  • the distance between the edge of the valve vane associated with the recirculation outlet 44 and the nearest edge of the recirculation outlet 44 is less than the distance between the edge of the valve vane associated with the exhaust outlet 42 and the nearest edge of the exhaust outlet 42 shown in dashed lines the center position of the valve flap 48, the exhaust gas outlet 42 and the return outlet 44 are simultaneously fully open.
  • valve flap 48 Turning the valve flap 48 about its axis of rotation 50 from the first position to any angle to the mid-position brings the valve flap 48 in its second position.
  • the return outlet 44 is partially open, while the exhaust gas outlet 42 is still fully open.
  • FIG. 6 shows the valve flap 48 with dashed lines in their
  • valve flap 48 If the valve flap 48 is further rotated counterclockwise beyond this center position, as shown by the arrows, the valve flap 48 assumes a third position, in which the exhaust gas outlet 42 is partially closed, while the return outlet 44 is fully opened.
  • valve flap 48 In any position of the valve flap 48, a flow of exhaust gas between return outlet 44 and exhaust outlet 42 on the side facing away from the exhaust inlet 40 of the valve flap 48 is possible.
  • FIG. 7 shows a third embodiment of the exhaust valve 24.
  • the exhaust gas inlet 40 is arranged centrally between the exhaust gas outlet 42 and the return outlet 44.
  • the exhaust outlet 40, the return outlet 44 and the axis of rotation 50 of the valve flap 48 are arranged along a straight line.
  • the two wings of the valve flap 48 are arranged at 110 ° to each other inclined.
  • valve flap 48 is shown in a first position with a solid line, in a central position with a dashed line and in a fourth position with a dotted line. These positions are analogous to the positions of the valve flap 48 shown in FIGS. 5 and 6, and the function of the exhaust valve 24 corresponds to the second embodiment of the exhaust valve 24 shown in FIGS. 5 and 6.
  • Figure 8 shows a fourth embodiment of the exhaust valve 24, which is designed in the manner of a branch pipe.
  • the exhaust gas inlet 40 like the exhaust gas outlet 42, is formed through the pipe of the exhaust gas line 14.
  • the return outlet 44 is formed by the tube of the return line 26.
  • a double-leaf valve flap 48 is provided, the wings are arranged inclined at an angle of 90 ° to each other.
  • Valve flap 48 is shown in solid line in the first position, in dashed line in a second position, and in the dotted line in a third position.
  • the manifold 58 shown in FIG. 8 has a symmetrical design, wherein the exhaust gas inlet 40 is arranged centrally between the exhaust gas outlet 42 and the return outlet 44.
  • the manifold 58 can also be constructed asymmetrically.
  • the return line 26 can branch off, for example, from a straight exhaust line 14, in which the exhaust gas inlet 40 and the exhaust gas outlet 42 are arranged along a straight line.
  • FIGS. 9a and 9b show the section of two return outlets 44 along the sectional plane IX-IX shown in FIG.
  • FIG. 9a shows a circular cross-section
  • FIG. 9b shows a cross-sectional shape deviating from the circular shape.
  • This cross-sectional shape resembles a triangle, wherein on the sides of the triangle, the cross section has sections approximately an almost straight contour.
  • the cross-sectional shape of the return outlet 44 is disposed in the exhaust valve 24 such that a central axis 60 between two of the approximately straight portions of the cross-section is perpendicular to the axis of rotation 50 of the valve flap 48.
  • Other cross-sectional shapes can be used.
  • the deviating from the circular shape cross-sectional shapes can of course be used with other embodiments of the exhaust valve 24.
  • the exhaust gas outlet or the exhaust gas inlet may also have cross-sectional shapes deviating from the circular shape.
  • FIGS. 10a and 10b show the section of two exhaust valves 24 along the sectional plane X-X shown in FIG.
  • the position of the valve flap 48 corresponds to the position shown in dashed line in Figure 3.
  • Return outlet 44 is eccentric, substantially on the right side of FIG.
  • FIG. 10 a shows an exhaust valve 24, in which the return outlet 44 is arranged centrally relative to the height of the valve flap 48 in the direction of the axis of rotation 50.
  • the return outlet 44 is arranged in a range from 0 to 50% of the height of the valve flap 48.
  • the opening cross section of the return outlet 44 that is to say the area through which exhaust gas can flow into the return outlet 44, is limited on the one hand by the geometric shape of the cross section of the return outlet 44 and on the other hand by the valve element 48.
  • the opening cross-section of the return outlet 44 is determined by a released from the valve element 48 cross-section of the return outlet 44. There is no further reduction of the opening cross-section, for example when connecting the exhaust valve 24 to the return line 26, whereby a compact design of the exhaust valve 24 is achieved.
  • the opening cross-section of the exhaust outlet 42 is determined in an analogous manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage (10) und ein Abgasventil (24) zur Steuerung eines Volumenstroms von Abgas, das zu einer Verbrennungskraftmaschine (12) zurückgeführt werden soll, mit einem Gehäuse (36), das einen Abgaseinlass (40), einen Abgasauslass (42) und einen Rückführauslass (44) aufweist, und einem Ventilelement (46), das verstellbar ist, wodurch die Öffnungsquerschnitte des Abgasauslasses (42) und des Rückführauslasses (44) geändert werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (46) relativ zum Abgaseinlass (40), zum Abgasauslass (42) und zum Rückführauslass (44) so angeordnet ist, dass das Ventilelement (46) eine erste Stellung einnehmen kann, in der der Rückführauslass (44) vollständig geschlossen ist, während der Abgasauslass (42) vollständig geöffnet ist, sowie eine zweite Stellung, in der der Rückführauslass (44) teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass (42) weiterhin vollständig geöffnet ist, und eine dritte Stellung, in der der Rückführauslass (44) mindestens teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass (42) teilweise geschlossen ist.

Description

Abgasanlaqe und Abqasventil zur Steuerung eines Volumenstroms von Abgas sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Volumenstroms
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage mit einem Abgasventil zur Steuerung eines Volumenstroms von Abgas, das zu einer Verbrennungskraftmaschine zurückgeführt werden soll, und ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Volumenstroms.
Es ist allgemein bekannt, dass es bei bestimmten Betriebszuständen vorteilhaft ist, einer Verbrennungskraftmaschine einen Teil des erzeugten Abgases wieder zuzuführen, indem es vom Abgasstrang abgezweigt und dem Ansaugstrang zugeführt wird. Zu diesem Zweck weisen die Abgasanlagen einer solchen, mit Abgasrückführung ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine eine Abgasrückführungsvorrichtung auf, mit der ein Teil des Abgases in eine Verbrennungskraftmaschine zurückgeführt wird. Die Abgasrückführung erfolgt über eine Rückführleitung, die von einer Abgasleitung abzweigt, und ein Abgasventil, das den Volumenstrom von Abgas durch die Rückführleitung steuert. Das Problem bei den bekannten Abgasrückführungsvorrichtungen besteht darin, dass die dabei verwendeten Abgasventile eine steil verlaufende Kennlinie aufweisen, also einen starken Anstieg des freigegebenen Strömungsquerschnitts bei kleinen Öffnungswinkeln, wodurch die Steuerung des Volumenstroms von Abgas erschwert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abgasventil mit einer Kennlinie zur verbesserten Steuerung eines Volumenstroms von Abgas zu schaffen, sowie eine Abgasanlage mit einem solchen Abgasventil und ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Volumenstroms.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein erfindungsgemäßes Abgasventil zur Steuerung eines Volumenstroms von Abgas, das zu einer Verbrennungskraftmaschine zurückgeführt werden soll, gelöst. Das Abgasventil umfasst ein Gehäuse, das einen Abgaseinlass, einen Abgasauslass und einen Öffnungsquerschnitte des Abgasauslasses und des Rückführauslasses geändert werden können. Das Ventilelement ist relativ zum Abgaseinlass, zum Abgasauslass und zum Rückführauslass so angeordnet, dass das Ventilelement eine erste Stellung einnehmen kann, in der der Rückführauslass vollständig geschlossen ist, während der Abgasauslass vollständig geöffnet ist, sowie eine zweite Stellung, in der der Rückführauslass teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass weiterhin vollständig geöffnet ist, und eine dritte Stellung, in der der Rückführauslass mindestens teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass teilweise geschlossen ist. Die Kennlinie eines solchen Abgasventils verläuft flacher, da in der zweiten Stellung der Rückführauslass teilweise geöffnet wird, während der Abgasauslass noch vollständig geöffnet ist. Dies ermöglicht eine verbesserte Steuerung des Volumenstroms. Es ist selbstverständlich, dass, insbesondere bei einem kontinuierlich verstellbaren Abgasventil, eine Vielzahl von Stellungen des Ventilelements für beispielsweise die zweite, oben genannte Stellung möglich sind, wobei der Abgasauslass in diesen Stellungen jeweils vollständig geöffnet ist, während der Rückführauslass unterschiedlich weit geöffnet ist. Dies gilt insbesondere auch für die dritte Ventilstellung.
Vorzugsweise ist der Rückführauslass in der dritten Stellung vollständig geöffnet. Auf diese Weise verläuft die Kennlinie des Abgasventils auch dann abgeflacht, wenn sich das Abgasventil in der dritten Stellung befindet.
Im Gehäuse kann mindestens ein Dichtanschlag für das Ventilelement in der ersten Stellung vorgesehen sein, wodurch der Rückführauslass in der ersten Stellung des Ventilelements abgedichtet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das
Ventilelement eine vierte Stellung einnehmen, in der der Abgasauslass vollständig geschlossen ist. Dies ermöglicht, den gesamten Abgasstrom in den Rückführauslass zu lenken, und ist für eine Wirkung als Motorbremse vorteilhaft, wobei gleichzeitig kein Kraftstoff in der Verbrennungskraftmaschine verbrannt wird.
Vorzugsweise ist im Gehäuse mindestens ein Dichtanschlag für das Ventilelement in der vierten Stellung vorgesehen. Der Dichtanschlag ermöglicht es, den Abgasauslass in dieser Stellung abzudichten. Beispielsweise ist der Abgaseinlass zwischen dem Abgasauslass und dem Rückführauslass angeordnet, wodurch eine einfache Bauweise des Abgasventils ermöglicht wird.
Der Abgaseinlass kann mittig zwischen dem Rückführauslass und dem Abgasauslass angeordnet sein. Somit ergibt sich eine symmetrische Anordnung der Ventilanschlüsse.
Der Abgaseinlass kann auch asymmetrisch zwischen dem Rückführauslass und dem Abgasauslass angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft für eine kompakte Ausführung des Abgasventils.
Vorzugsweise ist der Rückführauslass näher am Abgaseinlass angeordnet als der Abgasauslass. Eine solche Anordnung ist beispielsweise für den Einbau in eine Abgasanlage von Vorteil.
Gemäß einer der bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich der
Winkel zwischen dem Rückführauslass und dem Abgasauslass von einem Wert von 180°. Die relative Anordnung von Ventilelement, Abgaseinlass,
Abgasauslass und Rückführauslass kann auf diese Weise durch den Winkel zwischen Rückführauslass und Abgasauslass modifiziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ventilelement eine zweiflügelige Ventilklappe, die sich um eine Drehachse drehen kann, wodurch eine einfache Bauweise des Abgasventils und eine Steuerung des Ventilelements über den Drehwinkel der Ventilklappe ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der dem Rückführauslass zugeordnet ist, und dem nächstgelegenen Rand des Rückführauslasses kleiner als der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der dem Abgasauslass zugeordnet ist, und dem nächstgelegenen Rand des Abgasauslasses, wenn sich das Ventilelement in der ersten Stellung befindet. Diese Abstände ermöglichen eine einfache Bauweise des Abgasventils und eine einfache Überführung des Ventilelements aus der ersten in die zweite Stellung.
Benachbart zum Abgasauslass und/oder Rückführauslass kann eine gekrümmte Dichtfläche vorgesehen sein, die mit dem Ventilflügel zusammenwirkt, der dem Abgasauslass bzw. Rückführauslass zugeordnet ist, und deren Krümmungsmittelpunkt etwa mit der Drehachse der Ventilklappe zusammenfällt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass auch bei einer Drehbewegung der Ventilklappe eine Abdichtung zwischen Ventilflügel und Dichtfläche besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Abgasauslass, der
Rückführauslass und die Position der Drehachse der Ventilklappe nicht entlang einer Geraden angeordnet. Eine solche Anordnung vereinfacht die Bauweise des Abgasventils.
Es ist möglich, dass die beiden Flügel der Ventilklappe zueinander geneigt angeordnet sind, insbesondere in einem Winkel zwischen 45° und 120°. Eine solche Ventilklappe erhöht die Anordnungsmöglichkeiten der Ventilanschlüsse.
Vorzugsweise ist auf einer vom Abgaseinlass abgewandten Seite der Ventilklappe kein Gasfluss zwischen Rückführauslass und Abgasauslass möglich, wodurch die Steuerung des Volumenstroms verbessert wird.
Das Gehäuse kann eine Ventilkammer aufweisen, die in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse der Ventilklappe allgemein rechteckig ist, wodurch eine kompakte Bauweise der Ventilkammer ermöglicht wird.
Das Gehäuse kann auch eine Ventilkammer aufweisen, die in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse der Ventilklappe allgemein kreisförmig ist. Somit können die Seitenflächen der Ventilkammer die Funktion einer Dichtfläche für die Ventilklappe übernehmen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Abgasventil nach Art einer Rohrverzweigung ausgeführt. In dieser Ausführungsform reduziert sich der Bauraum des Abgasventils, da keine Ventilkammer benötigt wird.
Der Rückführauslass kann in einem Bereich von 0 bis 50 % der Höhe der
Ventilklappe angeordnet sein, wodurch die Kennlinie des Abgasventils modifiziert werden kann.
Beispielsweise kann der Rückführauslass exzentrisch angeordnet sein, wodurch die Bauweise des Abgasventils besonders flexibel gestaltet werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn der Rückführauslass eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform aufweist. Die Kennlinie des Abgasventils kann über die Querschnittsform des Rückführauslasses beliebig beeinflusst werden.
Der Rückführauslass kann eine Querschnittsform aufweisen, die in dem zuerst von dem Ventilelement freigegebenen Querschnitt mindestens eine abschnittsweise zumindest annähernd gerade Kontur hat. Dies erlaubt eine Abweichung vom kreisförmigen Querschnitt mit einfachen Mitteln und führt zu einem im Vergleich mit einer Kreisform geringeren Anstieg des freien Strömungsquerschnitts bei kleinen Öffnungswinkeln.
Vorzugsweise weist die Querschnittsform zwei Geraden auf, die einander schneiden, und die Mittelachse dieser beiden Geraden ist senkrecht zur Drehachse der Ventilklappe. Auf diese Weise lässt sich die Kennlinie des Abgasventils über den Winkel zwischen den beiden Geraden verändern.
Beispielsweise ist der Öffnungsquerschnitt des Abgasauslasses und/oder des Rückführauslasses durch einen vom Ventilelement freigegebenen Querschnitt des Abgasauslasses und/oder des Rückführauslasses bestimmt. Auf diese
Weise wird der Öffnungsquerschnitt, das heißt die Fläche, durch die Abgas in den Abgasauslass oder Rückführauslass strömen kann, einerseits durch die geometrische Form des Querschnitts des Abgas- oder Rückführauslasses und andererseits durch das Ventilelement bestimmt.
In einer erfindungsgemäßen Abgasanlage, mit einem
Abgasbehandlungsbauteil und einem Abgasventil, ist das Abgasventil vorzugsweise stromabwärts des Abgasbehandlungsbauteils angeordnet. Das
Abgasventil wird nur von behandeltem Abgas durchströmt und somit geringer belastet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abgasbehandlungsbauteil einen Auslasstrichter auf und das Abgasventil ist an dem Auslasstrichter angeordnet. Dies ermöglicht, das Abgasventil platzsparend einzubauen.
Vorzugsweise ist das Abgasbehandlungsbauteil ein Dieselpartikelfilter, wodurch die Belastung des Abgasventils durch Partikel sinkt. Die Erfindung wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Steuerung eines Volumenstroms von Abgas, das zu einer Verbrennungskraftmaschine zurückgeführt werden soll, gelöst, wobei im Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine ein Abgasventil angeordnet ist, das ein Gehäuse mit einem Abgaseinlass, einem Abgasauslass und einem Rückführauslass aufweist, sowie einem Ventilelement, das verstellbar ist, wodurch die Öffnungsquerschnitte des Abgasauslasses und des Rückführauslasses geändert werden können. Eine Steuerung wählt in Abhängigkeit vom Abgasvolumenstrom, der zur Verbrennungskraftmaschine zurückgeführt werden soll, zwischen einem ersten Betriebszustand, in welchem der Rückführauslass vollständig geschlossen ist, während der Abgasauslass vollständig geöffnet ist, einem zweiten Betriebszustand, in welchem der Rückführauslass teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass weiterhin vollständig geöffnet ist, und einem dritten Betriebszustand, in welchem der Rückführauslass mindestens teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass teilweise geschlossen ist. Auf diese Weise lässt sich die Kennlinie des Abgasventils so verändern, dass die Steuerung des Volumenstroms verbessert wird. Insbesondere ist es möglich, einen flacheren Verlauf der Kennlinie des Abgasventils zu erhalten, also einen kleineren Anstieg des freigegebenen Strömungsquerschnitts bei kleinen Öffnungswinkeln.
Vorzugsweise kann ein vierter Betriebszustand gewählt werden, in welchem der Abgasauslass vollständig geschlossen ist. Dies ermöglicht, den gesamten Abgasstrom in den Rückführauslass zu lenken.
Im dritten Betriebszustand kann der Rückführauslass vollständig geöffnet sein, wodurch die Kennlinie des Abgasventils auch im dritten Betriebszustand abgeflacht verläuft.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben:
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Abgasanlage;
Figur 2 zeigt ein Abgasbehandlungsbauteil mit einem erfindungsgemäßen Abgasventil;
Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasventils; - Figur 4 zeigt eine Kennlinie eines erfindungsgemäßen Abgasventils;
Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasventils in der ersten Stellung und in einer Mittenstellung;
Figur 6 zeigt das Abgasventil aus Figur 5 in der vierten Stellung und in einer Mittenstellung;
Figur 7 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasventils mit zueinander geneigten Flügeln der Ventilklappe;
- Figur 8 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abgasventils nach Art einer Rohrverzweigung;
- die Figuren 9a und 9b zeigen den Schnitt zweier Rückführauslässe gemäß der Schnittebene IX-IX in Figur 3; und
die Figuren 10a und 10b zeigen den Schnitt zweier Abgasventile gemäß der Schnittebene X-X in Figur 3.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Abgasanlage 10 einer Verbrennungskraftmaschine 12 mit einem Abgasstrang 14, entlang dem mehrere
Abgasanlagenbauteile, insbesondere Abgasbehandlungsbauteile 17, angeordnet sind. In der gezeigten Ausführungsform sind die Abgasanlagenbauteile ein
Turbolader 16, ein Katalysator 18, ein Dieselpartikelfilter 20 und ein
Schalldämpfer 22. Stromabwärts der Abgasbehandlungsbauteile 17, insbesondere des Dieselpartikelfilters 20, ist ein Abgasventil 24 angeordnet, von dem ein Teil des Abgases (zwischen 0% und 100%) über eine Rückführleitung
26 zu einem Luftansaugkanal 28 der Verbrennungskraftmaschine 12 geleitet wird. Das Abgasventil 24 kann auch an einer anderen Stelle im Abgasstrang 14 eingebaut sein. Bei der gezeigten Abgasanlage 10 handelt es sich um ein Beispiel; es sind auch andere Ausführungsformen möglich, die sich u.a. hinsichtlich der Art, Anzahl und Anordnung der Abgasanlagenbauteile in der
Abgasanlage 10 vom gezeigten Beispiel unterscheiden.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Abgasanlage 10, in der das
Abgasventil 24 in einem Auslasstrichter 30 des Dieselpartikelfilters 20 angeordnet ist. Vom Abgasventil 24 führt der Abgasstrang 14 analog zu Figur 1 weiter zum Schalldämpfer 22 und die Rückführleitung 26 zum Luftansaugkanal - -
28 der Verbrennungskraftmaschine 12. Das Abgasventil kann auch in einem Auslasstrichter eines anderen Abgasbehandlungsbauteils 17 angeordnet sein, beispielsweise in einem Auslasstrichter des Katalysators 18.
Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Abgasventils 24. Das Abgasventil 24 weist ein Gehäuse 36 mit einer rechteckigen Ventilkammer 38 auf. In die Ventilkammer 38 münden ein Abgaseinlass 40, ein Abgasauslass 42 und ein Rückführauslass 44, wobei der Abgaseinlass 40 und der Abgasauslass
42 mit dem Abgasstrang 14 und der Rückführauslass 44 mit der Rückführleitung
26 verbunden ist. Es ist ein Ventilelement 46 vorgesehen, das hier durch eine zweiflügelige Ventilklappe 48 gebildet ist, die sich um eine Drehachse 50 drehen kann.
Eine erste Stellung des Ventilelements 46 ist mit durchgezogener Linie gezeigt. In dieser Stellung ist der Rückführauslass 44 vollständig geschlossen, während der Abgasauslass 42 vollständig geöffnet ist. Es sind zwei Dichtanschläge 52 für das Ventilelement 46 in der ersten Stellung vorgesehen.
In einer zweiten Stellung des Ventilelements 46 ist der Rückführauslass 44 teilweise geöffnet, während der Abgasauslass 42 weiterhin vollständig geöffnet ist. Die zweite Stellung des Ventilelements 46 wird erreicht, indem das Ventilelement 46 entgegen des Uhrzeigersinns aus der ersten Stellung heraus um einen beliebigen Winkel gedreht wird, solange die mit gestrichelter Linie gezeigte Stellung nicht überschritten wird.
Wird die Ventilklappe 48 aus der mit gestrichelter Linie gezeigten Stellung heraus entgegen des Uhrzeigersinns gedreht, so befindet sich das Ventilelement 46 in seiner dritten Stellung, in der der Rückführauslass 44 mindestens teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass 42 teilweise geschlossen ist.
Die gepunktete Linie zeigt das Ventilelement 46 in seiner vierten Stellung, in der der Abgasauslass 42 vollständig geschlossen ist. Es sind zwei Dichtanschläge 56 vorgesehen, die das Ventilelement 46 in dieser Stellung abdichten. Die vierte Stellung ist vorgesehen für eine Wirkung der Abgasanlage 10 als Motorbremse, wobei gleichzeitig kein Kraftstoff in der Verbrennungskraftmaschine 12 verbrannt wird. Benachbart zum Abgasauslass 42 ist eine gekrümmte Dichtfläche 54 vorgesehen, die mit dem rechten Ventilflügel der Ventilklappe 48, der dem Abgasauslass 42 zugeordnet ist, zusammenwirkt. Der Krümmungsmittelpunkt dieser Dichtfläche fällt mit der Drehachse 50 der Ventilklappe 48 zusammen, wodurch in der ersten bis zur zweiten Stellung der Ventilklappe 48 eine Abdichtung zwischen Ventilklappe 48 und Dichtfläche 54 gewährleistet ist. Die Dichtfläche 54 verhindert, dass die Ventilklappe 48 in geringfügig geöffneten Stellungen „hinterströmt" wird, also sich zusätzlich zu dem eigentlichen Strömungsweg vom Abgaseinlass zum Rückführauslass ein zweiter, unkontrollierter Strömungsweg von der Seite des Abgasauslasses hinter der Ventilklappe 48 zum Rückführauslass 44 etabliert. Es ist auch möglich, dass weitere Dichtflächen benachbart zum Abgasauslass 42 und/oder Rückführauslass 44 vorgesehen sind, die weiteren Dichtflächen können insbesondere so angeordnet sein, dass zwischen Gehäuse 36 und der Ventilklappe 48 in jeder Stellung der Ventilklappe 48 eine Abdichtung besteht.
Das Verfahren zur Steuerung des Volumenstroms von Abgas, das zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt werden soll, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform beschrieben. Die Steuerung wählt in Abhängigkeit vom Abgasvolumenstrom, der zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt werden soll, einen der folgenden Betriebszustände.
Soll kein Abgas zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt werden, so wird ein erster Betriebszustand gewählt, in dem der Rückführauslass 44 vollständig geschlossen und der Abgasauslass 42 vollständig geöffnet ist. Dieser Betriebszustand entspricht der ersten Stellung des Ventilelements 46 im
Abgasventil 24.
Falls nur ein geringer Abgasvolumenstrom zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt werden soll, so wird ein zweiter Betriebszustand gewählt, in dem der Rückführauslass 44 teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass 42 weiterhin vollständig geöffnet ist. Dieser Betriebszustand entspricht der zweiten Stellung des Ventilelements 46 im Abgasventil 24; ein Teil des Abgases kann durch den teilweise geöffneten Öffnungsquerschnitt des Rückführauslasses 44 strömen, während der andere Teil des Abgases unbehindert durch den Abgasauslass 42 strömt.
Ein dritter Betriebszustand, in dem der Rückführauslass 44 mindestens teilweise geöffnet ist und der Abgasauslass 42 teilweise geschlossen ist, wird gewählt, wenn ein hoher Volumenstrom von Abgas zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeleitet werden soll. Da der Abgasauslass 42 teilweise geschlossen ist, erhöht sich der Volumenstrom durch den Rückführauslass 44. Es ist insbesondere möglich, dass der Rückführauslass 44 in diesem Betriebszustand vollständig geöffnet ist. Die entsprechende Stellung des Abgasventils 24 ist die dritte Stellung des Ventilelements 46.
Der Grenzfall, dass der Abgasauslass 42 vollständig geschlossen ist, bildet einen vierten Betriebszustand. Der Volumenstrom von Abgas wird vollständig zum Rückführauslass geleitet. Die vierte Stellung des Ventilelements 46 im Abgasventil 24 entspricht diesem Betriebszustand. Dieser Betriebszustand ist beispielsweise für eine Wirkung der Abgasanlage 10 als Motorbremse vorgesehen, wobei gleichzeitig kein Kraftstoff in der Verbrennungskraftmaschine 12 verbrannt wird.
Figur 4 zeigt ein Diagramm des Volumenstroms V, der durch die Rückführleitung 26 zur Verbrennungskraftmaschine 12 zurückgeführt wird, in Abhängigkeit von einem Stellwinkel α des Abgasventils 24. Die gestrichelte Linie zeigt eine Kennlinie 32 eines Abgasventils nach dem Stand der Technik. Die durchgezogene Linie zeigt eine Kennlinie 34 eines erfindungsgemäßen Abgasventils 24. Die Kennlinie 34 verläuft flacher als die Kennlinie 32, insbesondere in einem Bereich bis zum Winkel αi, wodurch die Steuerung des Volumenstroms V weniger empfindlich gegen Abweichungen des Stellwinkels α des Abgasventils 24 ist und somit die Steuerung des Volumenstroms verbessert wird.
Die unterschiedlichen Ausführungsformen des Abgasventils 24 erlauben verschiedene Verläufe von Kennlinien, Die gezeigte Kennlinie 34 wurde als Beispiel gewählt, und es sind auch andere Verläufe von Kennlinien möglich.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform des Abgasventils 24, wobei das Gehäuse 36 eine Ventilkammer 38 aufweist, die in einem Schnitt _
senkrecht zur Drehachse 50 der Ventilklappe 48 allgemein kreisförmig ist. Die Wand der Ventilkammer 38 übernimmt in dieser Bauweise die Funktion der Dichtfläche 54.
Der Abgaseinlass 40 ist asymmetrisch zwischen dem Rückführauslass 44 und dem Abgasauslass 42 angeordnet, wobei der Rückführauslass 44 näher am Abgaseinlass 40 angeordnet ist als der Abgasauslass 42.
Der Winkel zwischen dem Rückführauslass 44 und dem Abgasauslass 42 ist kleiner als 180°. Somit liegen sich der Rückführauslass 44 und der Abgasauslass
42 nicht symmetrisch gegenüber. Aufgrund dieser Bauweise sind der Abgasauslass 42, der Rückführauslass 44 und die Position der Drehachse 50 der
Ventilklappe 48 nicht entlang einer Geraden angeordnet.
Figur 5 zeigt das Abgasventil 24 mit dem Ventilelement 46 in der ersten Stellung des Ventilelements 46 mit durchgezogener Linie. Die Ventilklappe 48 liegt dabei an den Dichtanschlägen 52 an. Der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der dem Rückführauslass 44 zugeordnet ist, und dem nächstgelegenen Rand des Rückführauslasses 44 ist kleiner als der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der dem Abgasauslass 42 zugeordnet ist, und dem nächstgelegenen Rand des Abgasauslasses 42. In der mit gestrichelten Linien gezeigten Mittenstellung der Ventilklappe 48 sind der Abgasauslass 42 und der Rückführauslass 44 gleichzeitig vollständig geöffnet.
Ein Drehen der Ventilklappe 48 um ihre Drehachse 50 aus der ersten Stellung um einen beliebigen Winkel bis zur Mittenstellung bringt die Ventilklappe 48 in ihre zweite Stellung. Der Rückführauslass 44 ist dabei teilweise geöffnet, während der Abgasauslass 42 noch vollständig geöffnet ist.
Figur 6 zeigt die Ventilklappe 48 mit gestrichelten Linien in ihrer
Mittenstellung. Wird die Ventilklappe 48 über diese Mittenstellung hinaus weiter entgegen des Uhrzeigersinns verdreht, wie durch die Pfeile dargestellt, so nimmt die Ventilklappe 48 eine dritte Stellung ein, in der der Abgasauslass 42 teilweise geschlossen ist, während der Rückführauslass 44 vollständig geöffnet ist. Eine vierte Stellung der Ventilklappe 48, in der der Abgasauslass 42 vollständig geschlossen ist und der Rückführauslass 44 vollständig geöffnet ist, ist in Figur 6 mit durchgezogener Linie gezeigt. Die Ventilklappe 48 liegt dabei an den Dichtanschlägen 56 an.
In keiner Stellung der Ventilklappe 48 ist ein Fluss von Abgas zwischen Rückführauslass 44 und Abgasauslass 42 auf der vom Abgaseinlass 40 abgewandten Seite der Ventilklappe 48 möglich.
Figur 7 zeigt eine dritte Ausführungsform des Abgasventils 24. Der Abgaseinlass 40 ist mittig zwischen dem Abgasauslass 42 und dem Rückführauslass 44 angeordnet. Der Abgasauslass 40, der Rückführauslass 44 und die Drehachse 50 der Ventilklappe 48 sind entlang einer Geraden angeordnet. Die beiden Flügel der Ventilklappe 48 sind um 110° zueinander geneigt angeordnet.
Die Ventilklappe 48 ist in einer ersten Stellung mit durchgezogener Linie gezeigt, in einer Mittenstellung mit gestrichelter Linie und in einer vierten Stellung mit gepunkteter Linie. Diese Stellungen sind analog zu den in Figur 5 und 6 gezeigten Stellungen der Ventilklappe 48, und die Funktion des Abgasventils 24 entspricht der in den Figuren 5 und 6 gezeigten zweiten Ausführungsform des Abgasventils 24.
Figur 8 zeigt eine vierte Ausführungsform des Abgasventils 24, das nach Art einer Rohrverzweigung ausgeführt ist. Der Abgaseinlass 40 ist ebenso wie der Abgasauslass 42 durch das Rohr des Abgasstrangs 14 gebildet. Der Rückführauslass 44 wird durch das Rohr der Rückführleitung 26 gebildet.
In der Rohrverzweigung ist eine zweiflügelige Ventilklappe 48 vorgesehen, deren Flügel in einem Winkel von 90° zueinander geneigt angeordnet sind. Die
Ventilklappe 48 ist mit der durchgezogenen Linie in der ersten Stellung gezeigt, mit gestrichelter Linie in einer zweiten Stellung und mit der gepunkteten Linie in einer dritten Stellung.
Die in Figur 8 gezeigte Rohrverzweigung 58 ist symmetrisch aufgebaut, wobei der Abgaseinlass 40 mittig zwischen dem Abgasauslass 42 und dem Rückführauslass 44 angeordnet ist. Die Rohrverzweigung 58 kann natürlich auch asymmetrisch aufgebaut sein. Die Rückführleitung 26 kann beispielsweise von einem geraden Abgasstrang 14 abzweigen, bei dem Abgaseinlass 40 und Abgasauslass 42 entlang einer Geraden angeordnet sind. "* 1 ö ~
Die Figuren 9a und 9b zeigen den Schnitt zweier Rückführauslässe 44 entlang der in Figur 3 gezeigten Schnittebene IX-IX. In Figur 9a ist ein kreisförmiger Querschnitt gezeigt, während in Figur 9b eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform gezeigt ist. Diese Querschnittsform ähnelt einem Dreieck, wobei an den Seiten des Dreiecks der Querschnitt abschnittsweise eine annähernd gerade Kontur hat. Die Querschnittsform des Rückführauslasses 44 ist so im Abgasventil 24 angeordnet, dass eine Mittelachse 60 zwischen zwei der annähernd geraden Abschnitte des Querschnitts senkrecht zur Drehachse 50 der Ventilklappe 48 ist. Es können natürlich auch andere Querschnittsformen verwendet werden. Die von der Kreisform abweichenden Querschnittsformen können natürlich auch mit anderen Ausführungsformen des Abgasventils 24 verwendet werden. Auch der Abgasauslass oder der Abgaseinlass können von der Kreisform abweichende Querschnittsformen aufweisen.
Die Figuren 10a und 10b zeigen den Schnitt zweier Abgasventile 24 entlang der in Figur 3 gezeigten Schnittebene X-X. Die Stellung der Ventilklappe 48 entspricht dabei der in Figur 3 mit gestrichelter Linie gezeigten Stellung. Der
Rückführauslass 44 ist exzentrisch, im Wesentlichen auf der rechten Seite der
Ventilklappe 48 angeordnet. In Figur 10a ist ein Abgasventil 24 gezeigt, bei dem der Rückführauslass 44 mittig relativ zur Höhe der Ventilklappe 48 in Richtung der Drehachse 50 angeordnet ist. In Figur 10b ist der Rückführauslass 44 in einem Bereich von 0 bis 50 % der Höhe der Ventilklappe 48 angeordnet.
Der Öffnungsquerschnitt des Rückführauslasses 44, das heißt die Fläche, durch die Abgas in den Rückführauslass 44 strömen kann, ist einerseits durch die geometrische Form des Querschnitts des Rückführauslasses 44 und andererseits durch das Ventilelement 48 begrenzt. Somit wird der Öffnungsquerschnitt des Rückführauslasses 44 durch einen vom Ventilelement 48 freigegebenen Querschnitt des Rückführauslasses 44 bestimmt. Es ist keine weitere Reduzierung des Öffnungsquerschnitts vorgesehen, beispielsweise beim Anschluss des Abgasventils 24 an die Rückführleitung 26, wodurch eine kompakte Bauweise des Abgasventils 24 erreicht wird. Der Öffnungsquerschnitt des Abgasauslasses 42 wird auf analoge Weise bestimmt.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasventil (24) zur Steuerung eines Volumenstroms von Abgas, das zu einer Verbrennungskraftmaschine (12) zurückgeführt werden soll, mit einem Gehäuse (36), das einen Abgaseinlass (40), einen Abgasauslass (42) und einen Rückführauslass (44) aufweist, und einem Ventilelement (46), das verstellbar ist, wodurch die Öffnungsquerschnitte des Abgasauslasses (42) und des Rückführauslasses (44) geändert werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (46) relativ zum Abgaseinlass (40), zum Abgasauslass (42) und zum Rückführauslass (44) so angeordnet ist, dass das Ventilelement (46) eine erste Stellung einnehmen kann, in der der Rückführauslass (44) vollständig geschlossen ist, während der Abgasauslass (42) vollständig geöffnet ist, sowie eine zweite Stellung, in der der Rückführauslass (44) teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass (42) weiterhin vollständig geöffnet ist, und eine dritte Stellung, in der der Rückführauslass (44) mindestens teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass (42) teilweise geschlossen ist.
2. Abgasventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführauslass (44) in der dritten Stellung vollständig geöffnet ist.
3. Abgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (36) mindestens ein Dichtanschlag (52) für das Ventilelement (46) in der ersten Stellung vorgesehen ist.
4. Abgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (46) eine vierte Stellung einnehmen kann, in der der Abgasauslass (42) vollständig geschlossen ist.
5. Abgasventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (36) mindestens ein Dichtanschlag (56) für das Ventilelement (46) in der vierten Stellung vorgesehen ist.
6. Abgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaseinlass (40) zwischen dem Abgasauslass (42) und dem Rückführauslass (44) angeordnet ist. ~ 1 ö ~
7. Abgasventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaseinlass (40) mittig zwischen dem Rückführauslass (44) und dem Abgasauslass (42) angeordnet ist.
8. Abgasventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaseinlass (40) asymmetrisch zwischen dem Rückführauslass (44) und dem
Abgasauslass (42) angeordnet ist.
9. Abgasventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführauslass (44) näher am Abgaseinlass (40) angeordnet ist als der Abgasauslass (42).
10. Abgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Winkel zwischen dem Rückführauslass (44) und dem Abgasauslass (42) von einem Wert von 180° unterscheidet.
11. Abgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (46) eine zweiflügelige Ventilklappe (48) ist, die sich um eine Drehachse (50) drehen kann.
12. Abgasventil nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der dem Rückführauslass (44) zugeordnet ist, und dem nächstgelegenen Rand des Rückführauslasses (44) kleiner ist als der Abstand zwischen dem Rand des Ventilflügels, der dem Abgasauslass (42) zugeordnet ist, und dem nächstgelegenen Rand des Abgasauslasses (42), wenn sich das Ventilelement (46) in der ersten Stellung befindet.
13. Abgasventil nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zum Abgasauslass (42) und/oder Rückführauslass (44) eine gekrümmte Dichtfläche (54) vorgesehen ist, die mit dem Ventilflügel zusammenwirkt, der dem Abgasauslass (42) bzw. Rückführauslass (44) zugeordnet ist, und deren Krümmungsmittelpunkt etwa mit der Drehachse (50) der Ventilklappe (48) zusammenfällt.
14. Abgasventil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasauslass (42), der Rückführauslass (44) und die - -
Position der Drehachse (50) der Ventilklappe (48) nicht entlang einer Geraden angeordnet sind.
15. Abgasventil nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Flügel der Ventilklappe (48) zueinander geneigt angeordnet sind, insbesondere in einem Winkel zwischen 45° und 120°.
16. Abgasventil nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer vom Abgaseinlass (40) abgewandten Seite der Ventilklappe (48) kein Gasfluss zwischen Rückführauslass (44) und Abgasauslass (42) möglich ist.
17. Abgasventil nach einem der Ansprüche 1 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) eine Ventilkammer (38) aufweist, die in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse (50) der Ventilklappe (48) allgemein rechteckig ist.
18. Abgasventil nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) eine Ventilkammer (38) aufweist, die in einem Schnitt senkrecht zur Drehachse (50) der Ventilklappe (48) allgemein kreisförmig ist.
19. Abgasventil nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es nach Art einer Rohrverzweigung (58) ausgeführt ist.
20. Abgasventil nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführauslass (44) in einem Bereich von 0 bis 50 % der Höhe der Ventilklappe (48) angeordnet ist.
21. Abgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführauslass (44) exzentrisch angeordnet ist.
22. Abgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführauslass (44) eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform aufweist.
23. Abgasventil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführauslass (44) eine Querschnittsform aufweist, die in dem zuerst von dem Ventilelement (46) freigegebenen Querschnitt mindestens eine abschnittsweise zumindest annähernd gerade Kontur hat.
24. Abgasventil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform zwei Geraden aufweist, die einander schneiden, und dass die Mittelachse (60) dieser beiden Geraden senkrecht zur Drehachse (50) der Ventilklappe (48) ist.
25. Abgasventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt des Abgasauslasses (42) und/oder des Rückführauslasses (44) durch einen vom Ventilelement (46) freigegebenen Querschnitt des Abgasauslasses (42) und/oder des Rückführauslasses (44) bestimmt ist.
26. Abgasanlage (10) mit einem Abgasbehandlungsbauteil (17) und einem Abgasventil (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasventil (24) stromabwärts des Abgasbehandlungsbauteils (17) angeordnet ist.
27. Abgasanlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasbehandlungsbauteil (17) einen Auslasstrichter (30) aufweist und dass das Abgasventil (24) an dem Auslasstrichter (30) angeordnet ist.
28. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasbehandlungsbauteil (17) ein Dieselpartikelfilter
(20) ist.
29. Verfahren zur Steuerung eines Volumenstrom von Abgas, das zu einer Verbrennungskraftmaschine (12) zurückgeführt werden soll, wobei im Abgasstrang (14) der Verbrennungskraftmaschine (12) ein Abgasventil (24) angeordnet ist, das ein Gehäuse (36) mit einem Abgaseinlass (40), einem Abgasauslass (42) und einem Rückführauslass (44) aufweist sowie einem Ventilelement (46), das verstellbar ist, wodurch die Öffnungsquerschnitte des Abgasauslasses (42) und des Rückführauslasses (44) geändert werden können, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung in Abhängigkeit vom Abgasvolumenstrom, der zur Verbrennungskraftmaschine (12) zurückgeführt werden soll, zwischen einem ersten Betriebszustand, in welchem der Rückführauslass (44) vollständig geschlossen ist, während der Abgasauslass (42) vollständig geöffnet ist, einem zweiten Betriebszustand, in welchem der Rückführauslass (44) teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass (42) weiterhin vollständig geöffnet ist, und einem dritten Betriebszustand wählt, in welchem der Rückführauslass (44) mindestens teilweise geöffnet ist, während der Abgasauslass (42) teilweise geschlossen ist.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Betriebszustand gewählt werden kann, in welchem der Abgasauslass (42) vollständig geschlossen ist.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 und 30, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Betriebszustand der Rückführauslass (44) vollständig geöffnet ist.
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