WO2018087004A1 - Regelvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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WO2018087004A1
WO2018087004A1 PCT/EP2017/078171 EP2017078171W WO2018087004A1 WO 2018087004 A1 WO2018087004 A1 WO 2018087004A1 EP 2017078171 W EP2017078171 W EP 2017078171W WO 2018087004 A1 WO2018087004 A1 WO 2018087004A1
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WO
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valve seat
internal combustion
exhaust gas
end position
combustion engine
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PCT/EP2017/078171
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Thorsten REIMERS
Patrick SUTTY
Dirk VIERKOTTEN
Original Assignee
Pierburg Gmbh
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Publication date
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    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
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    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines

Definitions

  • the invention relates to a control device for an internal combustion engine having an intake passage, an exhaust gas recirculation passage, which opens into the intake passage, a housing in which the intake passage and at least one mouth of the exhaust gas recirculation passage are formed, serving as a rotation axis, the upstream in the housing with respect to the air flow the outlet of the exhaust gas recirculation passage and disposed outside the flow cross section and is arranged perpendicular to the center axes of the intake passage and the exhaust gas recirculation passage, a control body, which is eccentrically mounted on the shaft, a first channel portion, at the downstream end of which a first valve seat is formed, against the the control body rests in a first end position, and whose outer circumference is smaller than the outer circumference of a downstream adjoining second channel section and a second valve seat on the second channel section, on which the control body in a second end position is applied, in which the control body closes the exhaust gas recirculation passage.
  • Control devices are used in internal combustion engines to regulate exhaust or air quantities that are to be removed or supplied to combustion. Combinations of these control valves, in which two valve bodies are actuated via a common actuating device, are known.
  • combinations of an exhaust gas recirculation valve with a throttle valve have been disclosed.
  • the exhaust gas recirculation channel opens immediately downstream of serving as a throttle valve in the air intake passage.
  • increase in the exhaust gas recirculation rate is then with opening the Exhaust gas recirculation valve to the same extent the throttle valve closed, which has an increase in the pressure gradient in the exhaust gas recirculation channel result, whereby the proportion of exhaust gas compared to the intake air quantity is increased.
  • Such an arrangement is disclosed for example in DE 27 03 687 AI.
  • a control device is also known, are operated in the two parallel flaps on a common eccentrically arranged rotary shaft, so that with rotation of the two flaps, the first flap from the valve seat of the air intake duct, while the second Flap approaches the valve seat of the exhaust gas recirculation channel until the air intake passage is fully opened and the exhaust gas recirculation passage is completely closed.
  • the valve seats are each designed as circumferential stops, against which the flaps rest circumferentially in their position closing the respective channel.
  • the rotary shaft is disposed on a housing wall between the mouth of the exhaust gas recirculation passage and the valve seat in the air intake passage, but disposed outside the flow area of the upstream passage portion.
  • the mixture of the warm exhaust gas flow with the cold air flow is delayed by this flow guidance, whereby the amount of condensate is reduced, so that a subsequent compressor is protected from damage by liquid water.
  • the shape of the surface of the control body facing the interior of the intake duct preferably corresponds in the second end position in a cross section perpendicular to the central axis over half the circumference of the inner wall surface of the first duct section adjacent to the control flap. Dead spaces in which vortices can form are thus avoided, because of the otherwise necessary cross-sectional widening can be dispensed with for the flap freewheel.
  • This means that the intake passage is extended in the region of the control body in the position releasing the intake passage of the control body as far as possible without interference, since the widening region of the housing, in which pivots the control body is separated by the control body from the perfused area, now a straight History has.
  • control body extends in the second end position to a third channel portion, the inner circumference is smaller than the inner circumference of the second channel portion, so that a steady course without cross-sectional jumps between the second and the third channel section in the intake passage releasing control body can be produced.
  • the pressure loss can be kept low in this area.
  • the first valve seat is formed by an axial end of a first housing part of the housing, which forms the first channel section and projects into a second housing part of the housing, which forms at least the second channel section.
  • the valve seat can be easily edited prior to assembly.
  • a full-surface support of the control body on the first valve seat for closing the intake passage is easy to manufacture, since the first housing part projects into the second and thus provides an axial contact surface, which allows a tight seal.
  • the first housing part is connected via a flange to the second housing part. This allows easy installation with high density at the same time between the housing parts.
  • the regulating body in its first end position, lies completely circumferentially against the first valve seat at the end of the first housing part.
  • This allows a tight closure of the intake passage through the axial abutment.
  • a large closing force of the control body also acts on the valve seat, since the component acting in the axial direction of the force resulting from the applied torque is large.
  • smaller actuators can be used.
  • the central axis of the first channel section is parallel to the central axis of the third channel section.
  • a first plane spanned by the first valve seat is arranged at an angle of 75 ° to 80 ° to a second plane spanned by the second valve seat.
  • the first plane includes an acute angle to a plane which is perpendicular to the central axis of the intake passage, and the second plane an acute angle to a plane which is perpendicular to the central axis the exhaust gas recirculation channel is arranged, a. Accordingly, the valve seat surfaces are inclined relative to each other to the channel center axes, whereby the adjustment paths are short and allow quick control.
  • the control body has a first flap part on which the surface is formed, which rests in the first end position against the first valve seat and a second flap part, which rests in the second end position against the second valve seat, wherein the two flap parts via a Intermediate element are connected to the shaft.
  • the second flap part consists for example of a tiltably received in a bore of the intermediate member holding axis and a flat flap body attached thereto. This simplifies the production of the control body.
  • a control device is provided with which both the air mass flow in the intake passage and the exhaust gas mass flow of the exhaust gas recirculation channel can be controlled quickly and precisely over a large adjustment angle range, whereby existing pressure losses are minimized by avoiding flow obstacles and dead spaces in which undesired eddies could form be reduced. Instead, a largely uniform flow without cross-sectional jumps is generated. Due to the reduced turbulence, the flow of a subsequent compressor is improved and prevents damage to the compressor by reducing the amounts of condensate incurred by better separation of the exhaust gas flow from the air flow.
  • FIG. 1 shows a side view of a control device according to the invention with a control body in a first end position in a sectional view.
  • FIG. 2 shows a side view of the control device according to the invention from Figure 1 with a control body in a second end position in a sectional view.
  • FIG 3 shows a top view of the control device according to the invention from Figure 2 with a control body in the second end position in a sectional view.
  • the control device consists of a housing 10 which defines an intake passage 12 and in which an opening 14 of an exhaust gas recirculation passage 16 is formed.
  • the intake passage 12 extends substantially in a straight line, while the exhaust gas recirculation passage 16 opens perpendicular to the intake passage 12 in this.
  • the housing 10 consists of a first, substantially tubular housing part 18, which forms a first channel portion 19 and whose downstream end is formed obliquely and an angle a of about 75 ° to a central axis 20 of the housing part 18 includes.
  • the downstream end of the first housing part 18 is arranged in the interior of a second housing part 22, or is inserted into the second housing part 22 until a flange 24, via which the first housing part 18 is fastened by means of screws 26 on the second housing part 22.
  • the second housing part 22 forms a second channel section 28, in which an opening 30 is formed, which is arranged in the flow direction at a short distance behind the oblique end of the first housing part 18 and which serves as a receptacle for a third housing part 32, which Mouth 14 of the exhaust gas recirculation passage 16 forms, the central axis 34 is arranged perpendicular to the central axis 20 of the intake passage 12.
  • a shaft 36 is rotatably mounted, which can be actuated via a non-visible actuator.
  • the axis of rotation 38 of this shaft 36 is perpendicular to the central axes 20, 34 and is located between the shaft 36 to the downstream mouth 14 of the exhaust gas recirculation passage 16 and the axial end of the first housing part 18 and immediately downstream of the first housing part 18.
  • the total cross section of the first housing part 18 is smaller than that of the second housing part 22 of the intake passage 12, wherein the first housing part 18 is secured to the second housing part 22 such that a recess 40 formed in the region of the mouth 14 of the exhaust gas recirculation passage 16 is arranged outside the flow cross section, in which the shaft 36 the second housing part 22 is arranged penetrating.
  • a control body 42 is fixed, which is rotatably disposed within the second channel portion 28 and consists of a first flap portion 44 and a second flap portion 45 having a holding axis 46 and a tiltably attached thereto flap body 48, wherein the support shaft 46 is mounted tiltably in a bore of an intermediate element 49.
  • the intermediate element 49 is either made in one piece with or connected to the first flap part 44 and has a connection to the shaft 36.
  • the first flap portion 44 Upon rotation of the shaft 36 thus the first flap portion 44 is rotated in a first end position against the end of the first housing part 18, which serves as a first valve seat 50, while in rotation in the opposite direction of the valve body 48 in a second end position against one end of the mouth 14 of the exhaust gas recirculation passage 16 is rotated, which serves as a second valve seat 52. Accordingly, upon rotation of the shaft 36 to the extent in which the first flap portion 44 releases the intake passage 12, the exhaust gas recirculation passage 16 closed by the valve body 48 and vice versa.
  • the tiltable attachment of the second flap portion 45 leads in this rotational movement of the shaft 36 in a second end position in which the flap body 48 rests on the second valve seat 52, to ensure that a complete tight closure of the exhaust gas recirculation passage 16, since the valve body 48 is in its position the possible tilting movement can be adapted to the position of the second valve seat 52, even if it is not completely aligned with the axis of rotation 38.
  • both exhaust gas and air can initially flow into the intake duct 12 since both flow cross-sections surrounding the valve seats 50, 52 are at least partially released.
  • the air flow is forwarded largely turbulence-free, since side wings 62 of the first flap portion 44, a flow around the first flap portion 44, which would lead to increased vortex formation, significantly reduced.
  • a directional flow is produced, which also significantly reduces a sudden mixing of the cold air flow with the warm recirculated exhaust gas flow, so that condensation of the water vapor present in the exhaust gas flow is reduced.
  • the load on a subsequent compressor is significantly reduced by condensed water and on the other hand, the flow of the compressor significantly improved because a directed flow can be selectively guided to the compressor, which in turn leads to increased efficiency of the compressor.
  • this is adapted to the shape of the first flap portion 44 with respect to its shape, so that this flap portion 44, as shown in Figure 1, completely circumferential axially abuts against the first valve seat 50.
  • a plane 64 which is spanned by the first valve seat 50, disposed at an angle of about 75 ° to a second plane 66, which spanned by the second valve seat 52 is, so that the total rotation angle of the shaft 36th or the control body 42 between the two end positions is relatively low, which over a significantly increased percentage rotation angle range, an approximately linear control of the air flow and the recirculated exhaust gas mass flow is achieved.
  • the control device described is thus suitable for very accurate metering and directed, largely vortex-free guidance of an exhaust gas mass flow and an air mass flow to the engine.
  • a subsequent compressor can be flowed directed, condensation of the water vapor in the exhaust stream and total pressure loss can be reduced by unwanted vortex formation and thus the performance of an internal combustion engine or a subsequent compressor can be improved.
  • the second housing part can be made smaller, since the otherwise necessary for the flap free punch to drive them to the second end position is not required.
  • the position of the valve seats and their tilt angle can be changed to the central axes or the position of the channels to each other can be changed.
  • the shape of the flap body should each be adapted to the existing channel so that the surface may be round, oval or possibly square depending on the shape of the inner wall surface.

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Abstract

Regelvorrichtungenfür Verbrennungskraftmaschinen mit einem Ansaugkanal (12), einem Abgasrückführkanal (16), der in den Ansaugkanal (12) mündet, einem Gehäuse(10), in dem der Ansaugkanal (12) und zumindest eine Mündung (14) des Abgasrückführkanals (16) ausgebildet sind, einer als Drehachse (38) dienenden Welle (36), die im Gehäuse (10) bezüglich des Luftstroms stromaufwärts der Mündung (14) des Abgasrückführkanals (16) und außerhalb des Durchströmungsquerschnitts eines ersten Kanalabschnitts (19) des Ansaugkanals (12) angeordnet ist, einem Regelkörper (42), der exzentrisch an der Welle (36) befestigt ist, einem ersten Kanalabschnitt (19), an dessen stromabwärtigen Ende ein erster Ventilsitz (50) ausgebildet ist, gegen den der Regelkörper (42) in einer ersten Endstellung anliegt, und einem zweiten Ventilsitz (72) am zweiten Kanalabschnitt,an dem der Regelkörper (42) in einer zweiten Endstellung anliegt, sind bekannt. Diese weisen jedoch den Nachteil eines erhöhten Druckverlustes durch unerwünschte Wirbelbildung auf. Um dieses Problem zu lösen,wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Form einer zum Inneren des Ansaugkanals (12) weisenden Oberfläche (54) des Regelkörpers (42) in der zweiten Endstellung in einem Querschnitt senkrecht zur Mittelachse (20) über einen Winkel von mindestens 90° einer an die Regelklappe (42) angrenzenden Innenwandfläche (56) des ersten Kanalabschnitts (19) entspricht.

Description

B E S C H R E I B U N G
Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Ansaugkanal, einem Abgasrückführkanal, der in den Ansaugkanal mündet, einem Gehäuse, in dem der Ansaugkanal und zumindest eine Mündung des Abgasrückführkanals ausgebildet sind, einer als Drehachse dienenden Welle, die im Gehäuse bezüglich des Luftstroms stromaufwärts der Mündung des Abgasrückführkanals und außerhalb des Durchströmungsquerschnitts angeordnet ist und senkrecht zu den Mittelachsen des Ansaugkanals und des Abgasrückführkanals angeordnet ist, einem Regelkörper, der exzentrisch an der Welle befestigt ist, einem ersten Kanalabschnitt, an dessen stromabwärtigen Ende ein erster Ventilsitz ausgebildet ist, gegen den der Regelkörper in einer ersten Endstellung anliegt, und dessen Außenumfang kleiner ist als der Außenumfang eines sich stromabwärtig anschließenden zweiten Kanalabschnitts und einem zweiten Ventilsitz am zweiten Kanalabschnitt, an dem der Regelkörper in einer zweiten Endstellung anliegt, in der der Regelkörper den Abgasrückführkanal verschließt.
Regelvorrichtungen werden in Verbrennungskraftmaschinen genutzt, um Abgas- oder Luftmengen zu regeln, die abgeführt oder der Verbrennung zugeführt werden sollen. Auch Kombinationen dieser Regelventile, bei denen zwei Ventilkörper über eine gemeinsame Stellvorrichtung betätigt werden, sind bekannt. Insbesondere wurden Kombinationen eines Abgasrückführventils mit einer Drosselklappe offenbart. Bei diesen Ausführungen mündet der Abgasrückführkanal unmittelbar stromabwärts der als Drosselventil dienenden Klappe in den Luftansaugkanal. Bei gewünschter Erhöhung der Abgasrückführrate wird dann mit Öffnen des Abgasrückführventils in gleichem Maße die Drosselklappe geschlossen, was eine Erhöhung des Druckgefälles im Abgasrückführkanal zur Folge hat, wodurch der Anteil des Abgases im Vergleich zur angesaugten Luftmenge erhöht wird. Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in der DE 27 03 687 AI offenbart.
Aus der DE 10 2014 114 968 AI ist ebenfalls eine Regelvorrichtung bekannt, bei der zwei parallel angeordnete Klappen über eine gemeinsame exzentrisch angeordnete Drehwelle betätigt werden, so dass mit Drehung der beiden Klappen sich die erste Klappe vom Ventilsitz des Luftansaugkanals entfernt, während sich die zweite Klappe dem Ventilsitz des Abgasrückführkanals nähert bis der Luftansaugkanal vollständig geöffnet ist und der Abgasrückführkanal vollständig verschlossen ist. Sowohl für die den Abgasrückführkanal beherrschende zweite Klappe als auch für die den Luftansaugkanal beherrschende erste Klappe sind die Ventilsitze jeweils als umlaufende Anschläge ausgebildet, gegen die die Klappen in ihrer den jeweiligen Kanal verschließenden Stellung umlaufend aufliegen. Die Drehwelle ist an einer Gehäusewand zwischen der Mündung des Abgasrückführkanals und dem Ventilsitz im Luftansaugkanal angeordnet, jedoch außerhalb des Durchströmungsquerschnitts des stromaufwärtigen Kanalabschnitts angeordnet.
Durch diese bekannten Anordnungen wird zwar eine ausreichende Regelbarkeit des Abgasstromes und des Luftstromes gewährleistet, jedoch besteht ein erhöhter Druckverlust bei der Durchströmung des Ansaugkanals sowohl in der den Ansaugkanal vollständig öffnenden Position als auch in einer den Ansaugkanal drosselnden Position. Des Weiteren entstehen bei einer Anordnung der Regelvorrichtung vor einem Verdichter Probleme bezüglich einer Kondensatbildung bei Mischung des Abgasstroms mit dem Luftstrom, welche zu Schäden am Verdichter führt. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mit der die Strömungsverluste in den unterschiedlichen Stellungen des Regelkörpers möglichst gering gehalten werden, um auch die Füllung eines Verbrennungsmotors und die Anströmung eines nachfolgenden Verdichters verbessern zu können. Zusätzlich soll die Kondensatbildung im Mischgasstrom stromabwärts des Abgasrückführkanals möglichst weitgehend ausgeschlossen werden, um Schäden an einem nachfolgenden Verdichter zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch eine Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Dadurch, dass die Form einer zum Inneren des Ansaugkanals weisenden Oberfläche des Regelkörpers in der zweiten Endstellung in einem Querschnitt senkrecht zur Mittelachse über einen Winkel von mindestens 90° einer an die Regelklappe angrenzenden Innenwandfläche des ersten Kanalabschnitts entspricht, wird der erste Kanalabschnitt über einen Umfangsabschnitt im Wesentlichen störungsfrei verlängert, wodurch Wirbel im Bereich des Abgaseinlasses oder an den Außenseiten des Regelkörpers verhindert werden, so dass eine deutliche Reduzierung der Druckverluste erreicht wird. Gleichzeitig wird die Mischung des warmen Abgasstroms mit dem kalten Luftstrom durch diese Strömungsführung verzögert, wodurch die Menge anfallenden Kondensats verringert wird, so dass ein nachfolgender Verdichter vor Schäden durch flüssiges Wasser geschützt wird.
Vorzugsweise entspricht die Form der zum Inneren des Ansaugkanals weisenden Oberfläche des Regelkörpers in der zweiten Endstellung in einem Querschnitt senkrecht zur Mittelachse über einen halben Umfang der an die Regelklappe angrenzenden Innenwandfläche des ersten Kanalabschnitts. So werden Toträume, in denen sich Wirbel bilden können, vermieden, da auf die sonst notwendige Querschnittsaufweitung für den Klappenfreilauf verzichtet werden kann. Dies bedeutet, dass der Ansaugkanal im Bereich des Regelkörpers in der den Ansaugkanal freigebenden Stellung des Regelkörpers weitestgehend störungsfrei verlängert wird, da der sich aufweitende Bereich des Gehäuses, in den der Regelkörper schwenkt, durch den Regelkörper vom durchströmten Bereich getrennt wird, der nunmehr einen geraden Verlauf aufweist. Auch in den Positionen, in denen ein Drosseln des Ansaugkanals erfolgt, wird ein weitestgehend stetiger Übergang zwischen dem ersten Kanalabschnitt und dem Kanalabschnitt, in dem der Regelkörper gedreht wird, erreicht, so dass auch hier die Wirbelbildung und damit einhergehende Druckverluste verringert werden, so das auch die Anströmung eines nachfolgenden Verdichters verbessert wird. Die Drosselwirkung wird ebenfalls verstärkt.
In einer weiterführenden vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich der Regelkörper in der zweiten Endstellung bis vor einen dritten Kanalabschnitt, dessen Innenumfang kleiner ist als der Innenumfang des zweiten Kanalabschnitts, so dass auch ein stetiger Verlauf ohne Querschnittssprünge zwischen dem zweiten und dem dritten Kanalabschnitt bei den Ansaugkanal freigebendem Regelkörper hergestellt werden kann. So kann auch in diesem Bereich der Druckverlust gering gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der erste Ventilsitz durch ein axiales Ende eines ersten Gehäuseteils des Gehäuses gebildet, welches den ersten Kanalabschnitt ausbildet und in ein zweites Gehäuseteil des Gehäuses ragt, welches zumindest den zweiten Kanalabschnitt bildet. Auf diese Weise kann der Ventilsitz auf einfache Weise vor dem Zusammenbau bearbeitet werden. Zusätzlich ist eine vollflächige Auflage des Regelkörpers auf dem ersten Ventilsitz zum Verschließen des Ansaugkanals einfach herzustellen, da das erste Gehäuseteil in das zweite hineinragt und somit eine axiale Anlagefläche zur Verfügung stellt, welche einen dichten Verschluss ermöglicht. In einer hierzu weiterführenden Ausführung ist das erste Gehäuseteil über einen Flansch mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden. Dies ermöglicht eine einfache Montage bei gleichzeitig hoher Dichtigkeit zwischen den Gehäuseteilen.
Vorzugsweise liegt der Regelkörper in seiner ersten Endstellung vollständig umlaufend gegen den ersten Ventilsitz am Ende des ersten Gehäuseteils an. Dies ermöglicht einen dichten Verschluss des Ansaugkanals durch die axiale Anlage. Hierdurch wirkt auch eine große Schließkraft des Regelkörpers auf den Ventilsitz, da die in Axialrichtung wirkende Komponente der durch das aufgebrachte Drehmoment resultierenden Kraft groß ist. Somit können kleinere Aktoren verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Mittelachse des ersten Kanalabschnitts parallel zu der Mittelachse des dritten Kanalabschnitts. So kann eine Strömungsführung ohne Absätze und Umlenkungen hergestellt werden, wodurch der Strömungswiderstand gering gehalten wird.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine durch den ersten Ventilsitz aufgespannte erste Ebene in einem Winkel von 75° bis 80° zu einer durch den zweiten Ventilsitz aufgespannten zweiten Ebene angeordnet ist. Hierdurch wird der Stellbereich, in welchem lediglich geringe Volumenstromänderungen der beiden Gasströme bei relativ großen vorhandenen Stellwinkeln gering gehalten, was die Regelbarkeit deutlich verbessert.
In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform schließt die erste Ebene einen spitzen Winkel zu einer Ebene, welche senkrecht zur Mittelachse des Ansaugkanals angeordnet ist, ein und die zweite Ebene einen spitzen Winkel zu einer Ebene, welche senkrecht zur Mittelachse des Abgasrückführkanals angeordnet ist, ein. Entsprechend sind die Ventilsitzflächen im Vergleich zu den Kanalmittelachsen zueinander geneigt, wodurch die Verstellwege kurz sind und eine schnelle Regelung ermöglichen.
Vorzugsweise weist der Regelkörper ein erstes Klappenteil, an dem die Oberfläche ausgebildet ist, auf, welches in der ersten Endstellung gegen den ersten Ventilsitz anliegt und ein zweites Klappenteil auf, welches in der zweiten Endstellung gegen den zweiten Ventilsitz anliegt, wobei die beiden Klappenteile über ein Zwischenelement mit der Welle verbunden sind. Das zweite Klappenteil besteht beispielsweise aus einer in einer Bohrung des Zwischenelementes kippbeweglich aufgenommenen Halteachse und einem daran befestigten flachen Klappenkörper. Dies vereinfacht die Herstellung des Regelkörpers.
Es wird somit eine Regelvorrichtung geschaffen, mit der sowohl der Luftmassenstrom im Ansaugkanal als auch der Abgasmassenstrom des Abgasrückführkanals über einen großen Stellwinkelbereich schnell und genau regelbar ist, wobei vorhandene Druckverluste minimiert werden, indem Strömungshindernisse vermieden werden und Toträume, in denen sich unerwünschte Wirbel bilden könnten reduziert werden. Stattdessen wird eine weitestgehend gleichmäßige Strömung ohne Querschnittssprünge erzeugt. Durch die reduzierte Wirbelbildung wird auch die Anströmung eines nachfolgenden Verdichters verbessert und eine Schädigung des Verdichters verhindert, indem die Mengen anfallenden Kondensats durch bessere Separation des Abgasstroms vom Luftstrom verringert werden.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung mit einem Regelkörper in einer ersten Endstellung in geschnittener Darstellung.
Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung aus Figur 1 mit einem Regelkörper in einer zweiten Endstellung in geschnittener Darstellung.
Die Figur 3 zeigt eine Kopfansicht der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung aus Figur 2 mit einem Regelkörper in der zweiten Endstellung in geschnittener Darstellung.
Die erfindungsgemäße Regelvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 10, welches einen Ansaugkanal 12 begrenzt und in dem eine Mündung 14 eines Abgasrückführkanals 16 ausgebildet ist. Der Ansaugkanal 12 verläuft im Wesentlichen in gerader Richtung, während der Abgasrückführkanal 16 senkrecht zum Ansaugkanal 12 in diesen mündet.
Das Gehäuse 10 besteht aus einem ersten, im Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten Gehäuseteil 18, welches einen ersten Kanalabschnitt 19 bildet und dessen stromabwärtiges Ende schräg ausgebildet ist und einen Winkel a von etwa 75° zu einer Mittelachse 20 des Gehäuseteils 18 einschließt. Das stromabwärtige Ende des ersten Gehäuseteils 18 ist im Innern eines zweiten Gehäuseteils 22 angeordnet, beziehungsweise wird in das zweite Gehäuseteil 22 bis zur Anlage eines Flansches 24 eingeschoben, über den das erste Gehäuseteil 18 mittels Schrauben 26 am zweiten Gehäuseteil 22 befestigt ist. Das zweite Gehäuseteil 22 bildet einen zweiten Kanalabschnitt 28, in dem eine Öffnung 30 ausgebildet ist, welche in Strömungsrichtung in kurzem Abstand hinter dem schrägen Ende des ersten Gehäuseteils 18 angeordnet ist und welches als Aufnahme für ein drittes Gehäuseteil 32 dient, welches die Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 bildet, dessen Mittelachse 34 senkrecht zur Mittelachse 20 des Ansaugkanals 12 angeordnet ist.
Im Gehäuse 10 ist eine Welle 36 drehbar angeordnet, die über einen nicht sichtbaren Aktor betätigt werden kann. Die Drehachse 38 dieser Welle 36 ist senkrecht zu den Mittelachsen 20, 34 angeordnet und befindet sich zwischen der zur Welle 36 stromabwärtigen Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 und dem axialen Ende des ersten Gehäuseteils 18 und unmittelbar stromabwärts des ersten Gehäuseteils 18. Der Gesamtquerschnitt des ersten Gehäuseteils 18 ist kleiner als der des zweiten Gehäuseteils 22 des Ansaugkanals 12, wobei das erste Gehäuseteil 18 derart am zweiten Gehäuseteil 22 befestigt ist, dass eine im Bereich der Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 ausgebildete Ausnehmung 40 außerhalb des Durchströmungsquerschnitts angeordnet ist, in der die Welle 36 das zweite Gehäuseteil 22 durchdringend angeordnet ist.
An dieser exzentrisch im Ansaugkanal 12 angeordneten Welle 36 ist ein Regelkörper 42 befestigt, der innerhalb des zweiten Kanalabschnitts 28 drehbar angeordnet ist und aus einem ersten Klappenteil 44 sowie einem zweiten Klappenteil 45 besteht, welches eine Halteachse 46 und einen daran kippbeweglich befestigten Klappenkörper 48 aufweist, wobei die Halteachse 46 in einer Bohrung eines Zwischenelementes 49 kippbeweglich befestigt ist. Das Zwischenelement 49 ist entweder mit dem ersten Klappenteil 44 einstückig hergestellt oder mit diesem verbunden und weist eine Verbindung zur Welle 36 auf. Bei Drehung der Welle 36 wird somit der erste Klappenteil 44 in einer ersten Endstellung gegen das Ende des ersten Gehäuseteils 18 gedreht, welches entsprechend als erster Ventilsitz 50 dient, während bei Drehung in entgegengesetzter Richtung der Klappenkörper 48 in einer zweiten Endstellung gegen ein Ende der Mündung 14 des Abgasrückführkanals 16 gedreht wird, welches als zweiter Ventilsitz 52 dient. Entsprechend wird bei Drehung der Welle 36 in dem Maße in dem der erste Klappenteil 44 den Ansaugkanal 12 freigibt, der Abgasrückführkanal 16 durch den Klappenkörper 48 geschlossen und umgekehrt. Die kippbewegliche Befestigung des zweiten Klappenteils 45 führt bei dieser Drehbewegung der Welle 36 in eine zweite Endstellung, in der der Klappenkörper 48 auf dem zweiten Ventilsitz 52 aufliegt, dazu, dass ein vollständiger dichter Verschluss des Abgasrückführkanals 16 erfolgt, da der Klappenkörper 48 seine Stellung durch die mögliche Kippbewegung an die Lage des zweiten Ventilsitzes 52 anpassen kann, auch wenn dieser nicht vollständig in der Flucht zur Drehachse 38 liegt.
In der in Figur 2 dargestellten zweiten Endstellung des Regelkörpers 42 liegt der Klappenkörper 48 auf dem Ventilsitz 52 des Abgasrückführkanals 16 auf, während der erste Klappenteil 44 den Ansaugkanal 12 vollständig freigibt. In dieser Position wird der erste Kanalabschnitt 19 etwa über seinen halben näher zum Abgasrückführkanal 16 weisenden Umfang durch eine entsprechend geformte Oberfläche 54 des Regelkörpers 42 verlängert, was besonders in der Figur 3 gut zu erkennen ist. Dies bedeutet, dass in einem Querschnitt zur Mittelachse 20 des ersten Gehäuseteils 18 im Bereich des Regelkörpers 42 die Form der zur Mittelachse 20 weisenden Oberfläche 54 des Regelkörpers 42 über einen definierten Umfangsabschnitt der Form einer Innenwandfläche 56 des ersten Gehäuseteils 18, welche an den Regelkörper 42 grenzt, entspricht. Dies hat zur Folge, dass der einströmende Luftstrom weitestgehend ohne Strömungshindernisse vom ersten Kanalabschnitt 19 in den zweiten Kanalabschnitt 28 strömen kann. Da der Regelkörper 42 sich in diesem Zustand auch weitestgehend durch den zweiten Kanalabschnitt 28 hindurch bis zu einem dritten Kanalabschnitt 58 erstreckt, dessen Mittelachse 60 parallel zur Mittelachse 20 des ersten Gehäuseteils 18 verläuft und lediglich geringfügig dazu versetzt angeordnet ist und dessen Umfang im Vergleich zum zweiten Kanalabschnitt 28 wieder reduziert ist, erfolgt auch hier eine weitestgehend ungestörte Strömung entlang des Ansaugkanals 12, so dass auftretende Druckverluste minimiert werden.
Wird der Regelkörper 42 aus dieser zweiten Endstellung in seine in der Figur 1 dargestellten, ersten Endstellung gedreht, so können zunächst sowohl Abgas als auch Luft in den Ansaugkanal 12 strömen, da beide von den Ventilsitzen 50, 52 umgebende Durchströmungsquerschnitte zumindest teilweise freigegebenen sind. Im Gegensatz zu bekannten Ausführungen wird jedoch der Luftstrom weitestgehend turbulenzfrei weitergeleitet, da seitliche Flügel 62 des ersten Klappenteils 44 ein Umströmen des ersten Klappenteils 44, was zu erhöhter Wirbelbildung führen würde, deutlich reduziert. Stattdessen wird eine gerichtete Strömung hergestellt, durch die auch eine plötzliche Vermischung des kalten Luftstroms mit dem warmen zurückgeführten Abgasstrom deutlich verringert wird, so dass ein Kondensieren des im Abgasstrom vorhandenen Wasserdampfes reduziert wird. Hierdurch wird einerseits die Belastung eines nachfolgenden Verdichters durch kondensiertes Wasser deutlich gesenkt und andererseits die Anströmung des Verdichters deutlich verbessert, da eine gerichtete Strömung gezielt zum Verdichterrad geführt werden kann, was wiederum zu einem erhöhten Wirkungsgrad des Verdichters führt.
Um am Ende der Drehbewegung in der ersten Endstellung einen dichten Verschluss am ersten Ventilsitz 50 zu gewährleisten, ist dieser bezüglich seiner Form an die Form des ersten Klappenteils 44 angepasst, so dass dieses Klappenteil 44, wie es in Figur 1 dargestellt ist, vollständig umlaufend axial gegen den ersten Ventilsitz 50 anliegt.
Um auch in den Zwischenstellungen eine möglichst gute und schnelle Regelung erreichen zu können, ist eine Ebene 64, die durch den ersten Ventilsitz 50 aufgespannt wird, in einem Winkel von etwa 75° zu einer zweiten Ebene 66 angeordnet, die durch den zweiten Ventilsitz 52 aufgespannt wird, so dass der Gesamtdrehwinkel der Welle 36 beziehungsweise des Regelkörpers 42 zwischen den beiden Endstellungen relativ gering ist, wodurch über einen deutlich erhöhten prozentualen Drehwinkelbereich eine etwa lineare Regelung des Luftstroms und des zurückgeführten Abgasmassenstroms erreicht wird.
Zusätzlich sind diese Ebenen 64, 66 jeweils zur Welle 36 im Vergleich zu ihren Mittelachsen 20, 34 gekippt, so dass auch eine über den Umfang des Ventilsitzes gleichmäßig hohe Schließkraft erzeugt wird.
Die beschriebene Regelvorrichtung eignet sich somit zur sehr exakten Dosierung und gerichteten, weitestgehend wirbelfreien Führung eines Abgasmassenstroms und eines Luftmassenstroms zum Verbrennungsmotor. Dabei kann ein nachfolgender Verdichter gerichtet angeströmt werden, Kondensation des Wasserdampfes im Abgasstrom sowie insgesamt auftretende Druckverluste durch unerwünschte Wirbelbildung reduziert werden und somit die Leistung eines Verbrennungsmotors beziehungsweise eines nachfolgenden Verdichters verbessert werden. Zusätzlich kann das zweite Gehäuseteil verkleinert werden, da der sonst für die Klappe notwendige Freischnitt, um diese in die zweite Endstellung fahren zu können, nicht erforderlich ist.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere kann die Lage der Ventilsitze und deren Kippwinkel zu den Mittelachsen verändert werden oder die Lage der Kanäle zueinander geändert werden. Die Form des Klappenkörpers sollte jeweils an den vorhandenen Kanal angepasst werden so dass die Oberfläche je nach Form der Innenwandfläche rund, oval oder gegebenenfalls eckig sein kann.

Claims

Pierburg GmbH, 41460 Neuss P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einem Ansaugkanal (12),
einem Abgasrückführkanal (16), der in den Ansaugkanal (12) mündet,
einem Gehäuse (10), in dem der Ansaugkanal (12) und zumindest eine Mündung (14) des Abgasrückführkanals (16) ausgebildet sind, einer als Drehachse (38) dienenden Welle (36), die im Gehäuse (10) bezüglich des Luftstroms stromaufwärts der Mündung (14) des Abgasrückführkanals (16) und außerhalb des
Durchströmungsquerschnitts eines ersten Kanalabschnitts (19) des Ansaugkanals (12) angeordnet ist,
einem Regelkörper (42), der exzentrisch an der Welle (36) befestigt ist,
einem ersten Kanalabschnitt (19), an dessen stromabwärtigen Ende ein erster Ventilsitz (50) ausgebildet ist, gegen den der Regelkörper (42) in einer ersten Endstellung anliegt, und dessen Außenumfang kleiner ist als der Außenumfang eines sich stromabwärtig anschließenden zweiten Kanalabschnitts (28) und
einem zweiten Ventilsitz (72) am zweiten Kanalabschnitt, an dem der Regelkörper (42) in einer zweiten Endstellung anliegt, in der der Regelkörper (42) den Abgasrückführkanal (16) verschließt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Form einer zum Inneren des Ansaugkanals (12) weisenden Oberfläche (54) des Regelkörpers (42) in der zweiten Endstellung in einem Querschnitt senkrecht zur Mittelachse (20) über einen Winkel von mindestens 90° einer an die Regelklappe (42) angrenzenden Innenwandfläche (56) des ersten Kanalabschnitts (19) entspricht.
2. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Form der zum Inneren des Ansaugkanals (12) weisenden Oberfläche (54) des Regelkörpers (42) in der zweiten Endstellung in einem Querschnitt senkrecht zur Mittelachse (20) über einen halben Umfang der an die Regelklappe (42) angrenzenden Innenwandfläche (56) des ersten Kanalabschnitts (19) entspricht.
3. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Regelkörper (42) in der zweiten Endstellung bis vor einen dritten Kanalabschnitt (58) erstreckt, dessen Innenumfang kleiner ist als der Innenumfang des zweiten Kanalabschnitts (28).
4. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Ventilsitz (50) durch ein axiales Ende eines ersten Gehäuseteils (18) des Gehäuses (10) gebildet ist, welches den ersten Kanalabschnitt (19) bildet und in ein zweites Gehäuseteil (22) des Gehäuses (10) ragt, welches zumindest den zweiten Kanalabschnitt (28) bildet.
5. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gehäuseteil (18) über einen Flansch (24) mit dem zweiten Gehäuseteil (22) verbunden ist.
6. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkörper (42) in seiner ersten Endstellung vollständig umlaufend gegen den ersten Ventilsitz (50) am Ende des ersten Gehäuseteils (18) anliegt.
7. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittelachse (20) des ersten Kanalabschnitts (19) parallel zur Mittelachse (60) des dritten Kanalabschnitts (58) verläuft.
8. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine durch den ersten Ventilsitz (50) aufgespannte erste Ebene (64) in einem Winkel von 75° bis 80° zu einer durch den zweiten Ventilsitz (52) aufgespannten zweiten Ebene (66) angeordnet ist.
9. Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Ebene (64) einen spitzen Winkel zu einer Ebene, welche senkrecht zur Mittelachse (20) des Ansaugkanals (12) angeordnet ist, einschließt und die zweite Ebene (66) einen spitzen Winkel zu einer Ebene, welche senkrecht zur Mittelachse (34) des Abgasrückführkanals (16) angeordnet ist, einschließt.
Regelvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Regelkörper (42) ein erstes Klappenteil (44), an dem die Oberfläche (54) ausgebildet ist, aufweist, welches in der ersten Endstellung gegen den ersten Ventilsitz (50) anliegt und ein zweites Klappenteil (45) aufweist, welches in der zweiten Endstellung gegen den zweiten Ventilsitz (52) anliegt, wobei die beiden Klappenteile (44, 45) über ein Zwischenelement (49) mit der Welle (36) verbunden sind.
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