[0001] Die Erfindung betrifft ein Klappenventil, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit
einem Gehäuse, das mindestens eine Einlassöffnung und mindestens zwei Auslassöffnungen
aufweist, wobei eine Verschlussklappe exzentrisch im Gehäuse gelagert ist und derart
um eine Drehachse schwenkbar ist, das die Verschlussklappe mit deren vorderseitigen
und rückseitigen Anlageflächen mit zwei Ventilsitzen zusammenwirkt.
[0002] Ein derartiges Klappenventil ist beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 29 336 A1 bekannt. Das beschriebene Klappenventil ist so konstruiert, dass die Verschlussklappe
beim Öffnungsvorgang über einen großen Winkelbereich gegen den in der Einlassöffnung
vorherrschenden Druck des zu steuernden Mediums öffnen muss und beim Schließvorgang
über einen großen Winkelbereich durch diesen Druck belastet ist. Dementsprechend müssen
sehr große Stellkräfte aufgebracht werden, um einen definierten Öffnungs- und Schließvorgang
gewährleisten zu können.
[0003] Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, den oben genannten Nachteil zu vermeiden
und ein kostengünstiges, kompaktes Klappenventil zu verschaffen.
[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die zum Ventilsitz gerichtete Anlagefläche
in einer gekrümmten Ebene verläuft, derart, dass bei einem von der Drehachse abgewandten
Ventilsitz die in Öffnungsrichtung weisende Seite der Anlagefläche einen größeren
Abstand zur Drehachse aufweist, als die in Schließrichtung weisende Seite der Anlagefläche
und das bei einem der Drehachse zugewandten Ventilsitz die in Öffnungsrichtung weisende
Seite der Anlagefläche einen geringeren Abstand zur Drehachse aufweist als die in
Schließrichtung weisende Seite der Anlagefläche.
[0005] Eine derartige Konstruktion gewährleistet ein besonders kompaktes, strömungsgünstig
ausgeführtes und in den Extremlagen gut abgedichtetes Klappenventil. Um in fertigungstechnischer
Hinsicht ein besonders einfach herzustellendes Klappenventil zu verschaffen, dass
darüber hinaus auch besonders strömungsgünstig ausgeführt ist, ist es vorteilhaft,
dass das Gehäuse mit einer Einlassöffnung sowie zwei gegenüber liegenden Auslassöffnungen
ausgeführt ist, wobei die Auslassöffnungen durch ein Gehäusewandteil voneinander getrennt
sind und die Drehachse in oder an diesem Gehäusewandteil gelagert ist. Darüber hinaus
ist es auch aus fertigungstechnischer Sicht vorteilhaft, wenn das Rohrteilstücke aufweist,
die die Auslassöffnungen und damit auch die Ventilsitze bilden. Um in jeder Ventilstellung
eine Mindestabführung von Abgas zu gewährleisten, kann im zum Ventilsitz gerichteten
Teil des Rohrteilstücks eine Öffnung vorgesehen sein. Um ein optimales Abdichtverhalten
zu gewährleisten, kann die Verschlussklappe mit einem Elastomer beschichtet sein.
[0006] Ein reibungsfreies, möglichst Druck entlastetes Verschwenken der Verschlussklappe
zwischen den Extremlagen wird dadurch gewährleistet, dass eine Strecke senkrecht zur
Mittelachse der Drehachse von einem Punkt P zur Anlagefläche der Verschlussklappe
eine ebene Kurve mit ständig größer werdenden Abstand beschreibt. Dabei kann diese
Kurve einen Abschnitt einer logarithmischen Spirale beschreiben.
[0007] Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben,
dabei zeigt
Figur 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Klappenventils, und
Figur 2 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Klappenventils.
[0008] Figur 1 zeigt ein Klappenventil 1, das im vorliegenden Fall die Funktionen eines
herkömmlichen Abgasrückführventils und einer Abgasklappe vereinigt. Eine Einlassöffnungen
2 ist mit einer nicht näher dargestellten Abgasleitung verbunden, die wiederum mit
einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine auf herkömmliche Weise verbunden
ist. Eine Auslassöffnung 3 ist mit einer nicht näher dargestellten Abgasrückführleitung
verbunden, die Abgas zum Eingangsbereich der Brennkraftmaschine zurückführt. Eine
Auslassöffnung 4 ist auf bekannte Weise mit einem nicht näher dargestellten Abgasstrang
verbunden, über den Abgas an die Umgebung abgeführt wird. Eine Verschlussklappe 5,
die durch eine Drehachse 6 exzentrisch gelagert ist, steuert den Abgasfluss über die
Auslassöffnung 3 und/oder die Auslassöffnung 4.
[0009] Die Einlassöffnung 2 und auch die Auslassöffnungen 3 und 4 sind in dem vorliegenden
Fall in einem einteiligen Gehäuse 7 angeordnet, wobei die Auslassöffnungen 3, 4 Rohrteilstücke
8, 9 aufweisen, die die Auslassöffnungen und damit die Ventilsitze 10, 11 bilden.
Der Einsatz der Rohrteilstücke 8, 9 ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige
Fertigung des Klappenventils 1.
[0010] In einer strömungstechnisch besonders vorteilhaft ausgebildeten Ausführungsform ist
die Drehachse 6 an einem Gehäusewandteil 12 gelagert, das die beiden Auslassöffnungen
3, 4 voneinander trennt.
[0011] Die Verschlussklappe 5 weist eine vorderseitige und eine rückseitige Anlagefläche
13, 14 auf, wobei die Anlagefläche 13 die Auslassöffnung 3 in einer ersten Extremstellung
in Zusammenwirkung mit dem Ventilsitz 10 fluiddicht abschließt und die Anlagefläche
13 die Auslassöffnung 4 in Zusammenwirken mit dem Ventilsitz 11 in einer zweiten Extremstellung
fluiddicht abschließt. Dabei beschreibt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Strecke
senkrecht zur Mittelachse der Drehachse von einem Punkt P zur Anlagefläche der Verschlussklappe
eine ebene Kurve mit ständig größer werdendem Abstand, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine logarithmische Spirale. Damit ist gewährleistet, dass bei einer Drehbewegung
der Verschlussklappe 5 jeder Geschwindigkeitsvektor auf der Verschlussklappe zur lokalen
Neigung des Ventilsitzes 10 oder 11 einen konstanten Winkel aufweist. Hierdurch stellt
sich eine Auflage der Verschlussklappe auf den Ventilsitz mit sehr guter Dichtwirkung
und keinen Reibungsverlusten bei der Drehbewegung dar. Desweiteren dehnt sich die
Verschlussklappe aufgrund von Wärmeinwirkung selbstähnlich aus, wodurch die ausgedehnte
Verschlussklappe 5 weiterhin auf die Ventilsitze 11, 12 aufliegt und sich lediglich
im Schließwinkel ein leichter Winkelversatz einstellt.
[0012] Des Weiteren öffnet die Verschlussklappe in nahezu rechtem Winkel gegen die Kraftvektoren
des wirkenden Abgasdruckes in der Einlassöffnung 2, wodurch ein wesentlich einfacherer
und kleinerer Stellmotor zum Antrieb der Verschlussklappe 5 eingesetzt werden kann
als beim aufgezeigten Stand der Technik.
[0013] Das erfindungsgemäße Klappenventil 1 arbeitet nun wie folgt:
In der ersten Extremstellung verschließt die Verschlussklappe 5 vollständig die Auslassöffnung
3. Es wird somit kein Abgas zur Brennkraftmaschine zurückgeführt und das Abgas vollständig
über die Auslassöffnung 4 und eine nicht dargestellte Abgasanlage an die Umgebung
abgegeben. Ein zusätzlicher Abgasgegendruck wird auf diese Art und Weise nicht erzeugt.
Ein derartiger Betriebszustand kann zum Beispiel im Volllastbereich der Brennkraftmaschine
erwünscht sein.
[0014] Wenn die Verschlussklappe 5 mit ihrer Anlagefläche 13 vollständig vom Ventilsitz
10 abgehoben ist, also die Auslassöffnung 3 vollständig geöffnet ist und die Auslassöffnung
4 noch unbeeinflusst von der Verschlussklappe 5 ist, findet eine mittlere bis hohe
Abgasrückführrate statt. Eine negative Beeinflussung der Ladungswechselarbeit tritt
nicht auf. Ein derartiger Betriebszustand wird bevorzugt im mittleren bis unteren
Last/Drehzahlbereich auftreten.
[0015] Die zweite Extremstellung stellt sich dann ein, wenn die Verschlussklappe 5 mit ihrer
Anlagefläche 14 vollständig mit dem Ventilsitz 11 zusammenwirkt, derart, dass die
Auslassöffnung 4 vollständig verschlossen ist. In diesem Zustand stellen sich die
höchsten Abgasrückführraten ein, wobei insbesondere bei kleinen Drehzahlen und mittleren
Lasten eine ausreichende Abgasrückführversorgung der Brennkraftmaschine gewährleistet
ist. Um eine ausreichende Mindestabführung von Abgas vorzusehen, ist es zum Beispiel
möglich im zum Ventilsitz 11 gerichteten Teil des Rohrteilstücks 9 eine Öffnung 15
vorzusehen.
[0016] Figur 2 zeigt nun das erfindungsgemäße Klappenventil 1 in Querschnitt. Deutlich zu
erkennen ist hierbei die Lagerung der Verschlussklappe 5 auf der Drehachse 6 sowie
die Anordnung der Rohrteilstücke 8 und 9 im Gehäuse 7.
1. Klappenventil, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einem Gehäuse (7), das mindestens
eine Einlassöffnung (2) und mindestens zwei Auslassöffnungen (3,4) aufweist, wobei
eine Verschlussklappe (5) exzentrisch im Gehäuse (7) gelagert ist und derart um eine
Drehachse (6) schwenkbar ist, dass die Verschlussklappe (5) mit deren vorderseitigen
und rückseitigen Anlageflächen (13,14) mit zwei Ventilsitzen (10,11) zusammenwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass die zum Ventilsitz (10,11) gerichtete Anlagefläche (13,14) in einer gekrümmten Ebene
verläuft, derart, dass bei einem von der Drehachse abgewandten Ventilsitz (10) die
in Öffnungsrichtung weisende Seite der Anlagefläche (13) einen größeren Abstand zur
Drehachse aufweist, als die in Schließrichtung weisende Seite der Anlagefläche (13)
und das bei einem der Drehachse (6) zugewandten Ventilsitz (11) die in Öffnungsrichtung
weisende Seite der Anlagefläche (14) ein geringeren Abstand zur Drehachse (6) aufweist,
als die in Schließrichtung weisende Seite der Anlagefläche (14).
2. Klappenventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) eine Einlassöffnung (2) sowie zwei gegenüberliegende Auslassöffnungen
(3, 4) aufweist, wobei die Auslassöffnungen (3, 4) durch ein Gehäusewandteil (12)
voneinander getrennt sind und die Drehachse (6) in oder an diesem Gehäusewandteil
(12) gelagert ist.
3. Klappenventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) Rohrteilstücke (8,9), die die Auslassöffnungen (3,4) und damit auch
die Ventilsitze (10,11) bilden.
4. Klappenventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im zum Ventilsitz gerichteten Teil des Rohrteilstücks (11) eine Öffnung (15) vorgesehen
ist.
5. Klappenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussklappe (5) mit einem Elastomer beschichtet ist.
6. Klappenventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strecke senkrecht zur Mittelachse der Drehachse (6) von einem Punkt P zur Anlagefläche
(14) der Verschlussklappe (5) eine ebene Kurve mit ständig größer werdendem Abstand
beschreibt.
7. Klappenventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurve einen Abschnitt einer logarithmischen Spirale beschreibt.